Fahrwerksoptimierung 9/2013

Fahrwerksoptimierung 9/2013

Neuer Beitragvon Kalle » Sa 1. Jun 2013, 08:27

Untersteuern ade…. Der Weg zum straßentauglichen (Renn-)Fahrwerk
Vorbemerkungen
Die Beschreibungen der Umbauarbeiten entsprechen in etwa der Umbaugeschichte meines Roadsters. Es fließen sowohl eigene wie auch die Erfahrungen von befreundeten Roadsterfahrern mit ihren Roadys über mehrere 100 000 km ein.

Um schnell auch auf (Mittel-)Gebirgsstraßen unterwegs zu sein, empfiehlt es sich das Tieferlegen nicht zu übertreiben. Mit 25mm Eibach- oder KW-Federn und noch nicht verschlissenen seriengleichen Dämpfern erzielt man einen guten Kompromiss zwischen Optik und Verringerung der Seitenneigung. Bei sportlichem Einsatz sind aber auch neue Bilstein B4 Dämpfer mit diesen Federn nach 50 000km verschlissen, man merkt es deutlich durch das beginnende Aufsetzen auf den Zusatzfedern/Anschlägen. Bei weitergehenden Tieferlegungen ist der von vielen nicht bemerkte Dämpferverschleiß enorm.
Das KW-Fahrwerk ist mit einstellbaren Dämpfern und Federn mit weitem Abstand das beste für den Roadster erhältliche Fahrwerk und ist trotzdem erstaunlich komfortabel. Das Bilstein B14 Fahrwerk ist ein mittpreisiger Kompromiss, der hintere Einrohrgasdämpfer arbeitet sehr ordentlich, der gekürzte und anders angestimmte seriennahe Zweirohrdämpfer kommt schon mal an seine Grenzen. Die einstellbaren Federn sind eher hart. Man kann, das Gutachten gibt es her, die Eibachfedern mit den B14 Dämpfern, Komfort gekoppelt mit Straßenhaftung, fahren.
Dennoch ist das B14 Komplettpaket zwar etwas härter, die Spurhaltung gewinnt aber enorm.
Kurvenbeispiel: Serie 100 km/h geht, Eibach mit Sportdämpfern 120 km/h nett, Bilstein B14 140 kn/h...huch so schnell, habe ich gar nicht bemerkt.

Früher habe ich Spurverbreiterungen nur als Optiktuning gesehen, mittlerweile habe ich andere Erfahrungen gemacht. Wenn man das Fahrwerk schon weitgehend überarbeitet hat, wirkt sich eine Verbreiterung von 10 bis 15 mm vorne und hinten von 15 bis 20 mm pro Rad durchaus dem Handling und der Fahrstabilität als förderlich aus, mit durchgehendem PU-Buchsenaustausch und ohne Spurverbreiterung fühlt sich beim Einsatz einfacher Spinline "Schmal"-Bereifung das Fahrzeug sehr "nervös" an.

Für den Sporteinsatz bieten sich folgende Räder an, trackline vorne 6Jx15 ET14 und hinten 7Jx15 ET-15,5 , Lorinser Fancy 6,5Jx15 ET10 und 7Jx15 ET-33 und spikeline 6,5Jx16 ET24 und 7Jx15 ET-20. Die mögliche (Eintragung §21) Bereifung 195/50 R15 mag auf der Rennstrecke funktionieren, im Slalom und auf Landstraßen hat sich die Serienbereifung 205/50R15 wegen deutlich höherer Seitenführung in engen Kurven bewährt. Die "eierlegende Wollmilchsau" scheint zur Zeit der Federal RSR 595 (70 bis 95€) zu sein, teuere Alternativen wären der Dunlop Direzza oder der in vier Härten lieferbare Kumho V70 (180€ und mehr). Da für die reizvollen Crossbladegrößen zur Zeit keine Sportreifen erhältlich sind, würde ich hier die sehr gelobten ganz neuen Hankook R-S3 in 205/45R16 probieren.

Unsere Fahrzeuge sind mittlerweile alt und die Gummibuchsen auch dadurch und nicht nur durch die Laufleistung verschlissen.
Als Ersatz für den SMART bieten sich PU-Buchsen zweier Hersteller aus GB an, powerflex und polybush.
Powerflex (2 Härten) kann man bei vielen Smart-Tunern und im www vielfältig erwerben, das Angebot betrifft nicht alle Lager und der Einsatz an den vorderen Querlenkern und bei den inneren hinteren Stablenkern setzt die Nutzung der alten Metallhülsen der alten Gummilager vor, dies ist vor allem vorne keine Lösung sondern sehr bescheiden. Die Stahlhülsen der alten Gummilager sind innen stark zerklüftet und als Lageraufnahme ungeignet.
Polybush ist zur Zeit nur über smarts4youracing.com in drei verschiedenen Härtegraden zu beziehen. Die Lösung für die vorderen Querlenker, auch innen hinten am Stablenker, ist durch das Einpressen neuer Metallbuchsen technisch vorbildlich gelöst, auch gibt es hier eine Buchse für das Zentrallager mittig an der Hinterachse (noch nicht getestet).
Da das Wippen der Antriebseinheit für schlechtes Lastwechselverhalten, ruppiges Einkuppeln und unnötige Schwingungen sorgt, sollten die drei Motorlager auch überarbeitet werden. Mangels Angebot bietet sich hier das Ausfüllen der Zwischenräume mir sikaflex 221 an. Dafür müssen die Lager ausgebaut, z.B. mit Verdünnung gereinigt, verfüllt und gerne zwei Wochen ruhen. Eine Tube sollte für alle drei Lager reichen. Die Lebensdauer ist vor allem am linken Getriebelager endlich, kann aber jederzeit wiederholt werden.

Ein gutes Fahrwerk entsteht durch eine stabile Karosserie, darin ist der Roadster vorbildlich, so wie eine gute Vorderachse und Hinterachse und deren Zusammenarbeit. Wenn ich an einer Achse eine Veränderung herbeiführe wirkt sich dies auch auf die Radführung an der anderen Achse aus; bei Motorrädern ist diese Funktionskoppelung besonders gut festzustellen. Da der Roadster so ein Zwischending ist beginnen wir an der Hinterachse.

Hier fehlt noch eine nicht mitgelieferte Scheibe.

Der Ersatz der hinteren Stab- bzw. Querlenkerlager durch die Powerfelex-PU-Buchsen ist sehr empfehlenswert. Das Zittern und Schwenken des Hecks bei rutschigem Straßenbelag und dem Einsatz des ESP sind schlicht und einfach verschwunden. Es herrscht absolute Ruhe an der Hinterachse, eventuelle Schwimmwinkel sind sauber durch das Gaspedal einstellbar.
Da die Störung durch die Hinterachse wegfällt, können die Vorderräder eine höhere Haftung erreichen, das Lenkverhalten wird direkter, das Untersteuern nimmt ab.

Der Austausch der besonders weichen äußeren Lager durch PFR68-107 kann ohne großen Montageaufwand erfolgen. Die Achse wird hinten auf dem Achsrohr aufgebockt, die äußeren Schrauben der Stablenker werden entfernt. Die Originalgummibuchsen sind in einem Kunststoffrohr eingefasst, dieser lässt sich nach leichtem Wegdrehen der Lenker, die inneren Lager können montiert bleiben, mit einer PUK-Säge von innen auftrennen, aber auch mit einem Schraubendreher zwischen Rohr und Lenker mit dem Hammer eindellen und austreiben. Die Montage der Powerflexbuchsen ist selbsterklärend wird aber auch im beiliegendem Blatt gut dokumentiert.
Der Ersatz der inneren sehr festen Gummilager durch PFR68-108 ist ungleich aufwendiger. Der hintere Querträger muss komplett ausgebaut werden. Die Stahlbüchsen der inneren Gummilager werden noch gebraucht, deshalb kann das Gummilager nur ausgebrannt und nicht ausgepresst werden. Durch die massive Ausführung der inneren Lager reicht für eine deutliche Verbesserung schon der leichte Austausch der hinteren Lager. Durch Ausbohren kann man die Stinkerei eindämmen.

Die Außenbuchsen sitzen in einem Kunststoffring im Lenker, sie sind relativ leicht herauszulösen.
Die inneren Buchsen müssen intensiv ausgebrannt werden, da das äußere einvulkanisierte Rohr zur Aufnahme der inneren Buchse im Lenker verbleiben muss.

Schleifen, Lackieren usw. brauchte seine Zeit.

Die Buchsen selbst lassen sich relativ leicht...eventuell mit Hilfe eines Schraubstockes hineinschieben.

Nach dem Lösen der Schrauben des Querträgers, lassen sich die Schrauben des Lenkers relativ spannungsfrei demontieren und auch in der Mitte am Auspuff leicht herausziehen. Die Montage der PU-Lenker setzt man das beigelegte Schmiermittel ein. Das endgültige Festziehen 60Nm Querträger und innere Lager und 100Nm äußere Lager muss natürlich mit beiden Rädern auf dem Boden erfolgen. Zumindest die äußeren Schrauben sollten unbedingt erneuert werden. Durch ein Gepäckspannband mit Ratsche kann man das Achs-U hinten zum leichten Einschieben der äußeren Schrauben zusammenziehen.
Der Querträger ist hinten links in einer Bohrung und rechts in einem Langloch befestigt. Sollte der Geradeauslauf nach dem Umbau nicht mehr exakt sein, Lenkradstellung, so ist das kein Problem. Die hintere Achse ist die spurgebende Achse. Durch Lösen der zwei Querträgerschrauben und Verschieben des Fahrzeughecks nach rechts oder links vor dem Festschrauben läßt sich das leicht korrigieren.
[Zum Einsatz auf der Rennstrecke sind Querlenker mit einstellbaren Gelenkköpfen in der Planung, Beispiele dazu sind im www in UK zu finden.]

Vorderachse
Vorderachse
Eine leichte Verbesserung der Vorderachsführung lassen sich durch den Ersatz der vorderen Stabilisatorlager durch die PU-Buchsen PFF68-104-18.5 verbessern, wahrscheinlich lässt sich der gleiche Effekt auch durch Erneuerung der Originalbuchsen für rasende 3€/Paar erreichen. Bei dem Ersatz der vorderen Verschleißteile wie Traggelenke, Pendelstützen /Stabi) , Radlager haben sich eigentlich nur Originalteile oder die Teile einiger renommierter Ersatzhersteller bewährt, die man nicht unbedingt im www preiswerter erhält.
Es gibt mittlerweile passende PU-Buchsen für die Querlenker vorne mit neuen Metallhülsen von polybush, da sind die powerflex-Lösung mit Nutzung der alten Blechteile suboptimal. Im Slalom-Sporteinsatz sind die Querlenkerbuchsen von polybush ein "Muss". Unter Belastung biegt sich das kurveninnere Rad ein und das äußere wird herausgezogen, das Fahrzeug untersteuert im Extrembereich.
Der Achskörper der Vorderachse ist sehr weich ausgelegt.

Das hat den Vorteil, dass bei leichten Unfällen und schweren Bordsteinkontakten sich nur die hinteren Querlenkerschrauben und der Achskörper verbiegen und die Karosserie unbeschädigt bleibt (grandioser Vorteil zur Elise, dort führt dies zum Totalschaden).
Diese Weichheit der Vorderradführung und der serienmäßige hohe Luftdruck von 2bar führt zum bekannten für "OttoNormalFahrer" von SMART gewünschtem Fahrverhalten, einem gnadenlosen Untersteuern.
Dem kann man abhelfen. Durch Anregungen aus dem Youngtimersport kam ich auf die Idee des Stabilisator-Koppel-Rohres, dem Stabi-K-Rohr,

Durch ein Vierkantrohr 40x20x2 oder 40x20x1,6 z.B. nach DIN 59411 aus Baustahl mit einer Länge von ca. 710mm verschraubt direkt auf der vorderen Doppelschraube hinter den nun um Materialdicke nach vorne geschobenen Stabilagerschellen. Die Verbindung beider Schrauben verhindert das „Aufbiegen“ des Achskörpers, die Radführung und die Reaktion auf Lenkbewegungen wird dadurch deutlich präziser. Durch die stabile Radführung ist der Schlupf beim Bremsen definierter und der Bremsweg verkürzt sich, hier wirken sich die PU-Buchsen ebenso vorteilhaft aus.

Zur Zeit benutze ich Vierkantrohr aus VA. Hier ist zwar die Festigkeit und die Elastizität etwas schlechter, das leidige Rostproblem aber gelöst, nach zwei Salzwintern ist es noch "wies neu" :D . Das Bohren des VA ist ohne Ständerbohrmaschine und CO-Bohrer etwas stressig und schlecht machbar. Vierkantrohr aus einer Aluminiumknetlegierung ist weder von der Festigkeit, dem Fließwiderstand noch der Zähigkeit geeignet. Der Rohrquerschnitt ist durch die Freigängigkeit der Querlenkerlager und dem Platz vor dem Achskörper einzuhalten. Eine mittlere Verschraubung des Rohrs mit dem Achskörper z.B. mit den Schrauben des Lenkgetriebes wegen eventueller Unfallfolgen nicht sinnvoll.
Dagegen bietet sich in der Mitte des Stabi-Koppel-Rohres die Montage eines zusätzlichen mittleren Stabilisatorlagers unbedingt an, genutzt werden dazu ein weiterer Satz Serienschellen und Gummilager. Durch Verhinderung des Durchbiegens wird die Drehstabfeder in ihrer Wirkung härter, die Seitenneigung geringer.
Das Rohr sollte 700 bis 710mm lang sein. Die beiden äußeren 12,5mm Bohrungen haben einen Mittenabstand von 662 mm und sind genau mittig im Profil. In der Mitte kann eine 12,5mm oder 10mm Bohrung für die zusätzliche Schellen angebracht werden. Die Rundfeile sollte man bei der Montage zur Hand haben, eventuell muss der Bohrungsabstand auf 663 und mehr je nach Montage- und Produktionstoleranz erweitert und angepasst werden.
Das Profil muss zur Freigängigkeit der Querlenker nach hinten auf einer Höhe von 8mm und von außen cirka 40mm abgetrennt werden. Bei verschweißten Rohren mit Naht entfernt man natürlich diese Rohrseite. Der Auslauf in Richtung Rohrmitte sollte möglichst rund und schräg erfolgen.
Damit in der Mitte der Rohrkörper bei dem Anziehen der Mittelagerschraube nicht zusammengedrückt wird, kann man entweder eine 12 mm Bohrung vorsehen und eine Distanzbuchse einpressen, Fertigung aus einem Rohrstückes oder z.B. Nutzung einer M16 Mutter mit passender Höhe von 16mm. Oder man bringt eine 10mm Bohrung ein und schneidet ein M12 Gewinde ein und verhindert so die Verformung.
[Als weitere Verstärkung des Achsträgers selbst bietet sich das Einschweißen oder MIG-Einlöten eines Bodenbleches im Batteriefach an, um die vorderen und hinteren Trägerprofile aneinander zu binden. (Not yet tested). Ebenso könnte man an den hinteren Schrauben eine ähnliche Verstärkung durchführen, wäre da nicht die (Servo)Lenkung ein wenig störend. Das Stabi-K-Rohr müsste ebenso wie die folgende Surzkorrekturscheibe seine Wirkung entsprechend gekürzt im 42 Typ 450 auf des Fahrverhalten haben, mangels 42 s.o. not yet....].
Da sich der Vorderwagen unter Last doch stark verwindet, ist eine obere Domstrebe ebenfalls sinnvoll, dadurch sinkt natürlich die Nutzung der Kofferraumwanne. Universelle anpassbare Domstreben gibt es im Handel.

Sturzkorrektur der Vorderachse
Der Verschleiß an den Außenkanten der Vorderräder und die noch weitere Verbesserung der Seitenführungskraft der Räder legt einen größeren negativen Sturz an der Vorderachse nahe.
Nach der Tieferlegung beträgt er etwas mehr als -1 Grad. Durch Lösen der oberen Dämpfer-Klemmschrauben um ein paar Umdrehungen, Herausdrehen der Radlagerschrauben, Abziehen des unteren Federbeines vom Lagerzapfen, Zwischenlegen einer M18 Wellscheibe mit 1,6mm Dicke und Zusammenbau, beträgt der Sturz dann freundliche -1,9°. Die Umbaukosten sind tragbar. Der Einbau der Scheiben führt zu einer deutlichen negativen Vorspur, das Auto wird total kurvengierig, leider leiden durch die verstärkte Reibung die Reifen und die Höchsgeschwindigkeit. Das Hereindrehen beider Spurstangen um eine halbe Umdrehung führt wieder zu annähernd normalen Verhältnissen.

Fazit
So umgebaut legt der Roadster ein wirklich gokartähnliches Fahrverhalten an den Tag. Der Geradeauslauf bergrunter bei 200 km/h, bei Seitenwind, auf Schnee und Glatteis, natürlich auch auf rallyetauglichen Landstraßen und Slalomstrecken hat sich deutlich verbessert (PU-Buchsen, Stabi-K-Rohr). Das Einlenkverhalten ist spontan und zielgenau (PU-Buchse, Stabi-K-Rohr, Sturzscheibe).
Durch die bessere Radführung arbeiten Federung und Dämpfung deutlich besser.
Ein Rückbau erscheint kaum vorstellbar.

Rechtslage
Der Einbau von PU-Buchsen anstatt der verschlissenen Gummilager ist auch in tuningfremden freien Werkstätten üblich und hat noch zu keiner bekannten Beanstandung bei einer Prüfung nach §29 StVZO (Tüff) geführt. Die technischen Kommissare des DMSB dagegen zicken herum, mit den PU-Buchsen ist ein Start in der Gruppe G "Serienwagen" laut Regelment nicht mehr erlaubt.
Der Einbau des Stabi-K-Rohres ist in Deutschland und auch beim DMSB eine nicht eintragungspflichtige Änderung. Das gilt auch für sogenannte Domstreben. Das zusätzliche Mittellager des Stabilisators wurde weder vom Tüff noch vom DMSB bemängelt.
Der Einsatz der Spurkorrekturscheibe im öffentlichen Straßenverkehr bedarf noch der Prüfung.
Die Verwendung auch von gekürzten Sportdämpfern in Verbindung mit den Eibachfedern ist im Gutachten eindeutig freigegeben.
In der Klasse "G" sind Schraubfahrwerke freigestellt, Spurplatten dagegen nicht erlaubt. Bei Gewindefahrwerken sind vorne oft Spurplatten notwendig.
Zwischen Kraftfahrbundesamt, den Herstellern und den Prüforganisationen gibt es eine Übereinstimmung, dass Spurverbreiterungen bei PKWs von 2% der Spurweite pro Achse ohne weiters genehmigungsfähig sind. Das bedeutet für uns 30mm pro Achse oder 15mm pro Rad. Die Erfahrung hat gezeigt, dass 15mm vorne und 20mm hinten / Rad mit entsprechendem Gutachten ohne große Probleme und zusätzliche Radabdeckungen eingetragen werden. Es empfiehlt sich auch bei größeren anderen Änderungen vorher unbedingt das Gespräch mit dem zuständigen Prüfingenieur zu suchen.

Gruß Kalle

Material
- PU-Buchsen der Firma powerflex und polybush
- Vierkantrohr 40x20x2 oder 40x20x1,6 z.B. nach DIN 59411 aus Baustahl oder VA mit einer Länge von ca. 710mm
- Schraube M12x40 mit Nylstoppmutter
- 12mm Karosseriescheiben
- Drehstabhalter A541 323 03 40
- Drehstabhalter A541 323 02 40
- Gummilager Q0012954V001000000
- Federscheibe, gewellt - DIN 137 B - M18 Dicke 1,6 mm
- Sikaflex 221
Kalle
 
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