Das Fahrverhalten eines Autos hängt sehr stark von der Konfiguration und Abstimmung seines Fahrwerks ab. Eine Veränderung um ein einziges Grad bei bestimmten Parametern kann erhebliche Auswirkungen auf Stabilität oder Handling auf der Rennstrecke haben. Für Rennfahrer ist das oft ein Kopfzerbrechen: Man testet verschiedene Einstellungen, probiert sie auf der Strecke aus und verfeinert sie nach und nach, je nach Gefühl des Fahrers und vor allem nach dem Urteil der Stoppuhr…
Das Fahrwerk
Es gibt verschiedene Arten von Fahrwerken, auf die wir hier nicht näher eingehen, da sie zu weit von unserem Hauptthema entfernt sind: Fahrgefühl und Performance. Es ist aber wichtig, die Grundfunktion des gängigsten Systems mit Dämpfer und Feder zu verstehen. Man spricht von "Federung", weil die Hauptaufgabe des Systems darin besteht, die ungefederten Massen (Räder, Bremsen usw.) mit den gefederten Massen (Karosserie, Fahrgastzelle, Motor usw.) zu verbinden. Da die zweite Kategorie bei Weitem die schwerere ist, braucht es ein leistungsfähiges, passend ausgelegtes System, um die Aufbaubewegungen zu begrenzen und sicherzustellen, dass das Auto Bodenkontakt behält. Ohne Federung würde das Auto bei der kleinsten Bodenwelle abheben, und das Fahrverhalten wäre… recht zweifelhaft!
Man muss also im Hinterkopf behalten, dass jede technische Entscheidung ein Kompromiss zwischen Komfort und Performance ist und völlig vom verwendeten Fahrzeug abhängt. Der einzige Richter, der eine Abstimmung auf der Strecke bestätigt, ist aber die Stoppuhr!
Feder und Dämpfer
Die beiden Hauptbauteile sind die Feder und der Dämpfer; beim häufigsten Aufbau moderner Serienfahrzeuge, dem MacPherson-Federbein, kommen noch ein Stabilisator und ein unterer Querlenker hinzu. Die Federn haben die Aufgabe, das Auto zu "tragen": Ohne sie würden die Dämpfer direkt auf Anschlag der Druckstufe gehen, und die Aufbaubewegungen würden nicht abgefangen. Ändert sich das Profil der Straße, wird die Feder je nach ihrer Steifigkeit zusammengedrückt oder gedehnt und drückt mit einer Kraft zurück in ihre Ausgangsstellung. Sie haben als Kind sicher schon mit Federn gespielt: Drückt man eine zusammen, reagiert sie ziemlich heftig und schleudert den Gegenstand weg, den man daraufgelegt hat. Ziemlich lustig, oder? Gewiss, aber wenn wir verhindern könnten, dass unser Auto bei jeder Unebenheit der Strecke Sprünge macht, wäre es viel sicherer!
Genau das ist die Aufgabe des Dämpfers, der aus einer Kolbenstange besteht, die sich in einer Flüssigkeit bewegt und diese Bewegungen reguliert. Je härter der Dämpfer, desto weniger Freiheit lässt er den Schwingungen der Feder. Je weicher er ist, desto größer sind die Aufbaubewegungen. Um das zu verstehen, gibt es nichts Einfacheres: Drücken Sie auf den Kofferraum Ihres Autos, um das Fahrwerk einzufedern. Auf jeden Druck folgt eine Reaktion, die die Karosserie in ihre Ausgangsposition zurückbringt.
Der richtige Kompromiss
Wer im Bildarchiv unseres Partners Kevin Goudin stöbert, bekommt ein gutes Bild davon, wie unterschiedlich die Konfigurationen sein können. Von einem LMP1-Prototyp bei den 24 Stunden von Le Mans über einen Mini im historischen Rennsport bis zu einem schweren, tiefergelegten Amerikaner liegen bei der Abstimmung Welten dazwischen! Man kann aber nicht einfach irgendetwas machen, wenn man sein Fahrwerk für die Rennstrecke optimieren will: Es genügt nicht, alles maximal zu verhärten und alles abzusenken, um das effizienteste Auto zu bekommen. In den allermeisten Fällen fährt man ein Serienfahrzeug, das, so sportlich es auch sein mag, aus einer Großserienproduktion stammt, die bestimmte Anforderungen an Komfort und Sicherheit erfüllen muss. Gerissene Karosserien an Sportwagen, die regelmäßig auf der Rennstrecke bewegt werden, sind häufiger, als man denkt, vor allem wenn die Umbauten nicht gut durchdacht waren.
Eines der Ersten, was man an seinem Auto für die Rennstrecke ändert, ist das Fahrwerk. Das passt gut, denn die Hersteller lassen sich auf diesem Markt für Performance-Teile richtig gehen. Man versucht, die Einheit aus Feder und Dämpfer zu straffen, um die Bewegungen der gefederten Massen zu verringern, aber nicht um jeden Preis. Zuerst muss man sich an seinen Einsatzzweck anpassen, denn es gibt keine optimale, universelle Einstellung. Wer in Le Castellet fährt und am nächsten Tag auf die Nordschleife geht, muss die Abstimmung überarbeiten, um wirklich schnell zu sein: Im einen Fall ist die Strecke nahezu glatt, im anderen sehr holprig und mit vielen Höhenunterschieden. Eine sehr straffe Abstimmung ist auf gutem Belag möglich, in anderen Fällen aber weniger geeignet. Machen wir uns nichts vor: Sie wird immer straffer sein als bei einem Serienfahrzeug, aber mit einem Brett als Fahrwerk zu fahren ist nicht unbedingt die beste Lösung.
Man darf ein grundlegendes Prinzip der Physik nicht vergessen, das schon in früheren Ausgaben erwähnt wurde: Nichts geht verloren, nichts entsteht neu, alles wandelt sich um. Wenn Sie die Fahrwerksabstimmung ändern, bleiben die von der Strecke übertragenen Kräfte gleich! Irgendetwas muss diese Kräfte aufnehmen, und oft ist es die Karosserie, die darunter leidet… Straffer abstimmen, ja, aber nie vergessen, sich um das gesamte Fahrzeug zu kümmern. Die Befestigungspunkte der verschiedenen Bauteile sorgfältig zu prüfen und die Karosserie zu verstärken, ist unerlässlich, wenn man ein Serienfahrzeug für die Rennstrecke umbauen möchte.
Druckstufe und Zugstufe
Wird das Rad von einem Stoß getroffen oder ändert sich die Radlast, äußert sich das am Dämpfer als Bewegung der Kolbenstange, über eine mehr oder weniger große Strecke und mit mehr oder weniger großer Geschwindigkeit. Fährt die Stange ein, spricht man von Druckstufe, fährt sie aus, von Zugstufe. Diese Parameter sind bei Serienfahrzeugen (bis auf Sonderfälle) nicht einstellbar. Um Zugriff darauf zu bekommen, muss man in komplette Fahrwerkskits investieren, die bei den hochwertigen Ausführungen erlauben, jeden Wert unabhängig vom anderen einzustellen. Man versucht so, die Geschwindigkeiten von Druck- und Zugstufe der Kolbenstange zu kontrollieren, indem man den Flüssigkeitsstrom im Inneren des Dämpfers regelt. Hier wird es kompliziert…
Nehmen wir die Einstellung der Druckstufe. Auf der Rennstrecke strebt man eine sogenannte "langsame" Druckstufe an, die die Kontrolle der Aufbaubewegungen wie Wanken oder Nicken begünstigt. Anders gesagt: Bei einer Belastung leistet der Dämpfer Widerstand, damit das Rad nicht zu schnell nach oben geht. Das ist wirksam, wenn der Belag perfekt glatt ist, aber das Verhalten wird schwierig bei einem Stoß mit hoher Geschwindigkeit, etwa durch einen Curb oder eine Bodenwelle. Da der Widerstand gegen das Einfedern des Rades hoch ist, neigt das Auto dazu, zu hüpfen, statt die Unebenheiten aufzunehmen.
Schauen wir uns nun eine Bremsphase auf der Rennstrecke an. Beim Anbremsen findet eine heftige Lastverlagerung nach vorn statt, und die Hinterräder werden entlastet. Ist die Zugstufe des Dämpfers zu langsam, brauchen die Räder lange, um wieder nach unten zu gehen und sauber Bodenkontakt zu halten. Das kann das Blockieren der Hinterräder begünstigen, was bei hoher Geschwindigkeit besonders unangenehm ist.
Wie Sie verstanden haben, ist es kein Zufall, dass die Abstimmungskünste eines Spitzenfahrers mindestens so wichtig sind wie sein Lenkgefühl. Da jede Strecke und jedes Auto anders ist, braucht es bei den vielen Möglichkeiten Stunden an Praxis, um die perfekte Abstimmung zu finden. Bei einem umgebauten Serienfahrzeug, wie es bei vielen unserer Leser der Fall ist, muss man sich aber eines Wichtigen merken: Alles ist eine Frage des Kompromisses. Wenn Sie auf der Straße zu Ihren Club-Trackdays anreisen, achten Sie darauf, das Auto durch eine zu streckenorientierte Abstimmung nicht gefährlich zu machen. Je nach Rennstrecke, auf der Sie fahren, und wenn Ihr Material es zulässt, passen Sie Ihre Einstellungen an die Besonderheiten der Strecke an, um die Rundenzeit zu drücken!
Die Achseinstellungen
Kommen wir nun zu den verschiedenen Winkeln der Achsen: Nachlauf, Sturz und Spur, die man gemeinhin zusammen als "Geometrie" bezeichnet. Die Einstellung dieser Parameter hat einen sehr großen Einfluss auf das Verhalten des Autos auf der Rennstrecke, und falsche Entscheidungen können die Performance stark mindern. Die Hauptschwierigkeit ist, dass sie alle eng miteinander verbunden sind: Einen Parameter stark zu verändern und die anderen zu vernachlässigen, bringt nicht unbedingt einen Leistungsgewinn und kann in manchen Extremfällen sogar den gegenteiligen Effekt haben.
Es ist leicht zu verstehen, dass die Achseinstellungen eines Clio, der im Slalom unterwegs ist, ganz anders aussehen als die eines LMP1-Prototyps bei den 24 Stunden von Le Mans. Beim einen sind die erreichten Geschwindigkeiten niedrig, mit sehr engen Kurven; beim anderen muss das Auto 24 Stunden durchhalten und kombiniert dabei lange, schnelle Geraden mit sehr technischen Kurvenkombinationen. Wie bei den Dämpfereinstellungen muss man also einen Kompromiss finden, je nachdem, was man sucht und welches Fahrzeug man benutzt: Handlichkeit in engen Kurven, Stabilität bei hoher Geschwindigkeit, Höchstgeschwindigkeit… Außerdem ändert man im Clubsport selten seine Achseinstellungen, wenn man auf eine andere Strecke fährt. In diesem Fall sollte man darauf achten, ein möglichst ausgewogenes Auto abzustimmen.
Der Sturz
ist der Winkel zwischen der Radebene und der Senkrechten zum Boden. Er ist negativ, wenn die Oberseite des Rades zur Fahrzeuginnenseite geneigt ist, und im umgekehrten Fall positiv.
Mit der Sturzeinstellung lässt sich verändern, wie der Reifen Kontakt mit dem Boden hat, indem man die Neigung des Rades ändert. Auf der Rennstrecke fährt man meist negativen Sturz, damit der Reifen in der Kurve unter dem Einfluss der Wankbewegung die größtmögliche Kontaktfläche mit der Strecke hat.
Zu viel negativer Sturz löst aber nicht alle Probleme und ist nicht immer die beste Lösung. Der Grip in der Kurve wird zwar besser, doch auf der Geraden ist die Kontaktfläche des Reifens kleiner, weil er nicht "flach" abrollt. Das kann mehrere Probleme verursachen:
- weniger Stabilität bei hoher Geschwindigkeit auf der Geraden, wegen der kleineren Kontaktfläche des Reifens;
- weniger Bremsleistung: Da der Reifen nicht vollständig auf der Strecke aufliegt, sinkt die Bremsleistung;
- ungleichmäßige Betriebstemperaturen: In der Kurve hat der Reifen perfekten Bodenkontakt, auf langen Geraden aber kühlt der Teil ab, der die Strecke nicht berührt, während sich der Rest des Reifens weiter erhitzt.
Um den Sturz richtig einzustellen, muss man mehrere Daten analysieren, um den besten Kompromiss zu finden. Im Wettbewerb messen die Reifeningenieure die Betriebstemperaturen an mehreren Stellen, um den Reifen bestmöglich auszunutzen, bei einem Clubtag dagegen interessiert vor allem die am Lenkrad spürbare Stabilität des Autos. Mit einem recht schweren Auto auf einer schnellen Strecke kann zum Beispiel ein zu großer negativer Winkel das Gefühl erzeugen, dass das Auto auf den Geraden "seinen Weg sucht". Umgekehrt kann man bei einem leichten Auto auf einer engeren Strecke den negativen Sturz übertreiben, um in den Kurven maximalen Grip zu haben.
Der Nachlauf
Am besten stellt man sich den Nachlauf vor, wenn man betrachtet, was an einem Fahrrad passiert. Die Achse der Gabel stellt die Achse dar, um die sich der gesamte Lenkmechanismus dreht: die Lenkachse. Verlängert man diese Achse nach unten zum Boden, sieht man, dass sie mit der Senkrechten am Kontaktpunkt des Reifens mit der Straße einen Winkel bildet. Das ist der Nachlaufwinkel. Alle Fahrräder haben (außer in Sonderfällen) einen positiven Nachlauf, was es unter anderem ermöglicht, geradeaus zu fahren, ohne den Lenker festzuhalten. Je nach Verwendung des Fahrrads ist die Konstruktion aber anders:
- bei einem handelsüblichen Mountainbike sind die erreichten Geschwindigkeiten recht niedrig (Waldspaziergang, Feldweg usw.). Man braucht Handlichkeit und einfache Bedienung: Der Nachlauf ist kleiner;
- bei einem Rennrad sind die Geschwindigkeiten höher und der Belag besser. Man braucht Stabilität, um in den Kurven sicher zu sein: Der Nachlauf ist größer als bei einem Mountainbike;
- bei einem Bahnrad ist der Belag perfekt glatt und die Kurven sind überhöht. Man dreht den Lenker kaum, und die erreichten Geschwindigkeiten sind hoch: Der Nachlaufwinkel ist noch größer.
Wenn man davon spricht, den Nachlaufwinkel zu vergrößern oder zu verkleinern, sind die Veränderungen minimal. Wie bei einem Auto geht es nicht um Unterschiede von 10 oder 20 Grad, sondern um eine Veränderung von einem einzigen Grad, die einen großen Einfluss auf das Gesamtverhalten haben kann.
Bei einem Auto ist der Nachlaufwinkel der Winkel zwischen der Senkrechten zum Boden und der Lenkachse, also der Achse, um die sich das Vorderrad beim Lenken dreht.
Der Nachlauf hat direkten Einfluss auf die Lenkung. Je größer er ist, desto größer ist die Rückstellkraft der Lenkung: Die gelenkten Räder haben die Tendenz, sich von selbst in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs auszurichten. Lässt man mitten in der Kurve das Lenkrad los, läuft die Lenkung von allein zurück in die Geradeausstellung.
Auf der Rennstrecke und bei der großen Mehrheit der modernen Autos strebt man einen positiven Nachlauf an, um maximale Spurstabilität zu gewährleisten. Die Vorderräder werden "gezogen" genannt, weil der Aufstandspunkt des Reifens auf dem Boden hinter der Lenkachse liegt. So erhält man ein vertrauenerweckendes Auto, das bei hoher Geschwindigkeit und auf der Geraden gut Kurs hält. Man sollte ihn aber nicht zu stark erhöhen, denn dann bekommt man es mit zwei Phänomenen zu tun:
- wegen dieser Versetzung der Lenkachse neigt sich die Karosserie, sobald man das Lenkrad einschlägt, in die der Kurve entgegengesetzte Richtung, also in dieselbe Richtung wie die Fliehkraft. Das verstärkt tendenziell das Wanken;
- ist der Wert zu groß, ist die Lenkung zu schwergängig, und man verliert beim Einlenken der Räder an Präzision.
Die Werte des Nachlaufwinkels sind bei einem Fahrzeug im Allgemeinen recht klein, und man muss darauf achten, keine Fahrwerksänderungen vorzunehmen, die ihn zu stark verschlechtern. Wenn man anfängt, an den Einstellungen zu schrauben oder neue Dämpfer einbaut, konzentriert man sich oft auf die Sturzwerte und vergisst den Nachlauf ein wenig (verstellbare Domlager, übertriebener negativer Sturz…). Das kann zu einem Verlust an Effizienz auf der Strecke und zu einem weniger vertrauenerweckenden Verhalten führen.
Die Spur
misst den Winkel zwischen der Achse der Räder und der Längsachse des Autos. Kreuzen sich die Radachsen vor der betrachteten Achse, spricht man von "Vorspur"; kreuzen sie sich hinter der Achse, von "Nachspur".
In den meisten Fällen ist das die einzige Einstellung, die an einem Serienfahrzeug zugänglich ist. Diese Werte lassen sich leicht ändern, aber es ist völlig unmöglich, das allein in der eigenen Garage zu tun, da man dafür ein präzises Messgerät braucht. Der Einfluss von Vorspur oder Nachspur auf das Verhalten des Autos ist groß. Sie trägt wesentlich zur Stabilität der Achsen bei und verstärkt insbesondere Unter- und Übersteuern. Es wäre sehr kompliziert, jede mögliche Konfiguration zu beschreiben, aber hier sind zwei Beispiele, die die Wirkung von Vorspur und Nachspur verständlich machen:
- gibt man der Vorderachse zu viel Vorspur, macht man sie zu bissig. Schlägt man zum Beispiel nach links ein, belastet man das rechte Vorderrad. Da es vorgespurt, also nach innen gerichtet ist, neigt es dazu, das Auto schnell in Kurvenrichtung drehen zu lassen;
- gibt man der Hinterachse zu viel Nachspur, macht man sie lebhaft. Die nach außen gerichteten Räder neigen in gleicher Weise dazu, die Hinterachse nach außen zu drücken.
Man muss also versuchen, einen guten Kompromiss zwischen Handlichkeit, Stabilität und Präzision zu finden. Es gibt unzählige Möglichkeiten, die Spur einzustellen, und die ideale Einstellung findet man oft erst nach mehreren erfolglosen Versuchen. Sie hängt insbesondere vom verwendeten Auto ab (Frontantrieb, Heckantrieb, schweres oder leichtes Auto), aber auch von seiner Nutzung. Wenn man zum Beispiel auf der Straße zu seinen Trackdays anreist, ist es wichtig, ein gewisses Maß an Ausgewogenheit im Verhalten zu bewahren, damit das Auto im "normalen" Straßenverkehr nicht gefährlich wird. Kommt man aber auf dem Anhänger, kann man seine Einstellungen verfeinern, um sie an die Strecken anzupassen, auf denen man gewöhnlich fährt. Im Wettbewerb passt man die Einstellungen an jede Strecke an, aber für die Mehrheit der Leser muss man den besten Kompromiss finden.
Die Fallstricke
Frontantrieb oder Heckantrieb. Die Einstellungen und ihre Auswirkungen auf das Verhalten auf der Strecke sind je nach Fahrzeugarchitektur völlig verschieden. Übernehmen Sie nicht die Einstellungen eines Freundes, nur weil sie an seinem Auto gut funktionieren, wenn Sie ein völlig anderes Auto haben. Der Hauptunterschied ist folgender:
- bei einem Fronttriebler zieht die Vorderachse das Auto. Das an den Rädern anliegende Drehmoment hat die Tendenz, die Räder von Natur aus nach innen zu ziehen (Vorspur). Man wählt daher an der Vorderachse eher eine neutrale Einstellung, ja sogar etwas Nachspur, um diese natürliche Vorspur auszugleichen;
- bei einem Hecktriebler schiebt das Heck das Auto. Anders als beim Fronttriebler hat die Vorderachse bei starkem Beschleunigen die Tendenz, nach außen zu gehen (Nachspur). Man gibt der Vorderachse deshalb im Allgemeinen Vorspur, vor allem um zu starkes Untersteuern zu vermeiden.
Das Untersteuern. Bei einem Serienfahrzeug ohne jeden sportlichen Anspruch sorgen die Hersteller dafür, dass das Auto von Natur aus untersteuert, indem sie der Vorderachse Nachspur geben. Auf der Rennstrecke behindert aber zu viel Nachspur vorn die Agilität des Autos: Es ist beim Einlenken in die Kurve nicht bissig genug.
Das Übersteuern. Genauso ist zu viel Nachspur an der Hinterachse keine gute Lösung für die Rennstrecke. Man macht das Heck zu lebhaft, und bei hoher Geschwindigkeit ist das gefährlich. Außer beim Driften, aber das ist eine andere Disziplin.
Dieser Artikel stammt aus Ausgabe 5 von Racer's, dem Magazin von Marc Peraldi. Danke, Marc!
