Mini-Z Tutorials

Grundlagen - Teil I - Fahrwerk

Grundlagen der Fahrwerkstechnik und Grundeinstellung eines Mini-Z Chassis

Geschrieben von Klaus Weitzel (kweitzel) am 15.01.2010

Original von Benjamin Lee (Mini-Z-Guide), übersetzt von Klaus Weitzel


Federn

Die beiden Grundlegenden Eigenschaften einer Feder sind die ||Federkraft|| und die ||Federrate||. Für die von uns verwendeten Fahrzeuge ist die Federrate wichtiger als die Federkraft. Die Federrate bezeichnet die Änderung in der Federkraft wenn die Feder zusammengedrückt wird. Sportwagen haben eine hohe Federrate, daher ist es schwer die Feder zusammenzudrücken. Durch die hohe Federrate rollt (Kippbewegung) das Fahrzeug sehr wenig. Eine Limusine hat eine geringe Federrate, daher kippt das Fahrzeug leichter (Anmerkung: Wer schon mal in einem Citroen 2CV (Ente) oder Renault R4 gefahren ist kennt die Bewegung). Ein Fahrzeug mit weicher Feder hat also eine weiche Federrate.

Man kann dieses Verhalten einer weichen Feder aber auch begrenzen in dem man eine Vorspannscheibe zwischen Feder und Querlenker auf das Federbein schiebt.Die Wirkung ist die gleiche als wenn man das Fahrzeug runterdrückt. Wenn man also die Feder durch eine Vorspannscheibe komplett nach unten drückt hat am also keine Rollbewegung mehr und in einer Kurve könnte das Fahrzeug nicht mehr kippen.

Die Federn sind aber auch dazu da die Räder auf die Fahrbahn zu drücken, damit das Fahrzeug eine gute Traktion bei einer Kurvendurchfahrt hat. Die Federung könnte also das Rad nicht mehr auf der Fahrbahn halten. Zusätzlich kann die Federung auch nur noch starke Unebenheiten im Fahrbanhbelag ausgleichen. Bei kleinere Unebenheiten verhält sich das Fahrzeug so als hätte es keine Federung.


Feder-Rechner

Feder WindungenBei einer Schraubenfeder wird die Federrate druch den Durchmesser der Feder, die Stärke des verwendeten Drahts und die Anzahl der Windungen bestimmt. Der Durchmesser der Feder ist bei diesen Fahrzeugen fix. Man kann also nur die Drahtstärke und die Anzahl der Windungen verändern um die Federrate einzustellen.

Die Drahtstärke ist in der 4. Potenz proportional zu der Federrate. Kleine Änderungen in der Drahtstärke bewirken eine große Änderung in der Federrate. Zum feststellen der Drahtstärke kann man eine Schiebelehre verwenden, aber vorher muss die Farbe entfernt werden, da deren Schicht das Ergebnis beeinflusst.

Auch die Anzahl der Windungen beeinflusst die Federrate. Die Federrate nimmt linear zur Anzahl der Windungen ab. Verdoppelt man die Anzahl der Windungen halbiert man damit die Federrate. Um die Anzahl der Windungen zu zählen fängt man dort an, wo das Ende des Drahtes auf die erste Windung trifft und zählt dann bis zu dem Punkt, wo das andere Ende auf die letzte Windung trifft. Die Anzahl der Windungen muss nicht unbedingt eine volle Zahl ergeben, auch halbe Windungen sind problemlos möglich.

Wenn man also ein Fahrzeug abstimmt, kann man die Zu- oder auch Abhname der Federkraft anhand der Windungen einer Feder einschätzen.

FAZIT: Man kann eine weiche Feder durch einsetzten einer Vorspannscheibe versteifen, es ist aber grundsätzlich besser dies durch eine andere, steifere Feder zu erreichen.


Stabilisator (Anti-Roll Bar)

Ein Stabilisator ist ein u-förmiges Stück Draht welches die vordere Radaufhängungen links und rechts verbindet. Wenn sich die aüssere Radaufhängung in einer Kurve nach oben bewegt versucht der Stabilisator das gleiche mit der Aufhängung auf der Innenseite. Man hat also nicht nur die Federrate der eigentlichen Federn auf der Aussenseite sondern auch die Federrate des Stabilisators die sich zusammenaddieren. Das heisst, man kann auch mit weichen Federn eine hohe Rollfestigkeit des Fahrzeugs erreichen.

Wenn das Fahrzeug frontal auf eine lange Unebenheit trifft gehen beider Vorderräder nach oben, das gleiche gilt für den Stabilisator. Interessant wird es wenn nur eines der Vorderräder auf eine Unebenheit trifft. Die Antwort ist einfach: Die Federrate für dieses eine Vorderrad wird höher, da nicht nur die Feder dieses Rads sondern auch der Stabilisator und die Feder des zweiten Vorderrads komprimiert werden müssen. Dies ist jedoch kein so großes Problem, wie man vielleicht im ersten Moment meint. Als erstes wirkt das Gewicht des Fahrzeugs auf das Vorderrad welches Hoch geht. Also kompensiert die höhere Federrate das Gewicht des Fahrzeugs. Zweitens versucht der Stabilisator das zweite Vorderrad auch anzuheben. Dieses lässt den Vorderwagen runter gehen. Das Ergebnis ist, daß das Vorderrad welches auf das Hindernis trifft mehr Gewicht vom Vorderwagen wegnimmt als das gegenüberliegende Rad. Dies leige daran, das der Stabilisator versucht das gegenüberliegende Vorderrad anzuheben.

FAZIT: Ein Stabilisator wirkt sich positiv auf das gesamte Fahrverhalten des Vorderwagen aus. Fast alle Sportwagen haben mindestens vorne einen Stabilisator, meistens aber vorne und hinten. Zu Beachten ist aber auch, das ein Stabilisator die Tendenz des Fahrzeugs zum Untersteuern erhöht. Das Resultat ist genauso als ob eine härtere Feder eingebaut wird.


King Pin

Der King Pin ist ein Teil, welches nicht in allen Mini-RC Fahrzeugen zu finden ist, bei manchen Fahrzeugen ist er direkt im Achsschenkel integriert. Wenn man einen King Pin in seinem Set-Up hat wird dieser warscheinlich auch durch eine Oxidationsschicht gegen Korrosion geschützt sein. (z.B. Kyosho Mini-Z). Diese Schutzschicht ist aber ein Hinderniss für die freie Beweglichkeit des Achschenkels, da sich diese Schicht wie Sandpapier verhält. Um diesen Effekt zu vermindern kann man entweder den existierenden King Pin gegen einen aus Edelstahl tauschen oder den existierenden durch polieren mittels einer handelsüblichen Polierpaste aufwerten. Als "günstigste" Methode kann man auch sehr feines Sandpapier (Schmirgelpapier) nehmen um den Kin Pin zu polieren. Diese Methoden nehmen dem King Pin zwar den Korrosionsschutz, aber ein glatt laufender King Pin sollte wichtiger sein.


Dämpfung

Die meisten Fahrzeuge haben keine Dämpfung wie man sie aus fahrzeugen größerer Maßstäbe kennt, sondern nur die Federn und vielleicht den King Pin. Man kann den King Pin mit Dämpferöl einschmieren um einen Dämpfungseffekt zu erhalten wenn man dies wünscht. Die meisten Fahrer tun dies nicht.


Sturz

Der Sturz bezeichnet den Winkel, in dem die Vorderräder zur senkrechten Achse des Fahrzeugs stehen. Wenn man gerade von vorne auf den Vorderwagen schaut, stehen die Vorderräder im rechten Winkel zum Fahrzeug. Als negativen Sturz bezeichnet man, wenn der obere Teil des Rades mehr zum Fahrzeug hinzeigt als der unter (auf der Fahrbahn liegende) Teil. Der Sturz kann durch verfügbare Achsschenkel eingestellt werde, die zwischen einem und drei Grad Sturz bieten.

Der Sturz wird bei Fahrzeugen eingestellt um den Fliehkräften bei Kurvenfahrt entgegenzuwirken. In einer Kurve kippt das Fahrzeug leicht nach aussen. Dabei verliert der Reifen Haftung auf der fahrbahn, da sich die Lauffläche des Reifens verringert. Wenn jetzt ein Sturz eingestellt ist, erhöht sich die Auflagefläche der Reifen auf die Fahrbahn, da das Rad durch die Kippbewegung in eine senkrechte Position zur Fahrbahn gebracht wird. Durch die Erhöhung der Auflagefläche wird die Haftung des Rads auf der fahrbahn höher und man kann schneller durch die Kurven fahren. Bei langsamen kurven hat das Fahrzeug allerdings eine geringere Haftung auf der Fahrbahn.

Auch die Reifenabnutzung wird durch die Sturzeinstellung beeinflusst. Bei einem Sturz von Null Grad nutzt sich der Reifen ungleichmäßig ab. Ein Sturz zwischen 1,5 und 2 Grad hat sich als ideal herausgstellt, da sich der Reifen gleichmäßig abnutzt und trotzdem bei hohen Kurvengeschwindigkeiten die Haftung auf der Fahrbahn hält.

Fahrwerkskomponenten, wie z.B. die "PN Doppelarm Federung MR-02" oder die "MR03 Federbeinachse" ändern des Sturz in der Bewegung. Dabei ändert sich die Fahrwerksgeometrie, so daß sich der Sturz selbstständig einstellt und das rad optimal auf der Fahrbahn Haftung findet. Der Vorteil ist, daß so die optimale Haftung erzeugt wird.

Es gibt allerdings Fahrer, bei denen die Rundenzeiten bei Nutzung der Doppelarm Federung eingebrochen sind. Bei der MR03 Federbeinachse gibt es eine Sturzeinstellung. Allerdings muss das Fahrwerk erst massiv eingestellt werden um wettbewerbsfähig zu sein.


 Federwegsbegrenzer

Der Name dieses Bauteils ist hier auch die Bestimmung. Ein Federwegsbegrenzer dient zur Limitierung der möglichen Strecke, innerhalb derer sich das Federbein bewegen kann. Die Standardbauteile haben folgende Größen: 0,161 inch (ca 0,41cm), 0,181 inch ( 0,46 cm) und 0,201inch (ca 0,51 cm).

Der längere von den drei Federwegsbegrenzern ermöglicht einen Federweg von 1 mm, der kürzeste einen von 2 mm.

Auf einer sehr glatten Oberfläche, wie einem Kyosho RCP Kurs ist der kürzeste federwegsbegrenzer empfehlenswert. Es gibt Fahrer die selbst diesen Begrenzer noch auf ca 0.41inch (ca 0,36mm) kürzen. Bei dieser Höhe bleibt bei voller Einfederung nicht viel Platz zwischen Fahrbahn und Chassis.

Der Schlüssel ist hier die richtige Balance zu finden, damit das Chassis nicht auf der fahrbahn aufsetzt und dadurch das Fahrverhalten negativ beeinflusst oder das Fahrzeug gar unfahrbar macht. Im besseren Fall wird das Fahrzeug stark ||Untersteuern||, im schlechteren Fall unfahrbar werden.


Ackermann Steuerung

Die Ackermann Steuerung basiert auf dem Prinzip der unterschiedlichen Kurvenradien. Das kurvenäussere Rad durchfährt einen größeren Kurvenradius als das kurveninnere Rad. Die Ackermann Steuerung lenkt das innere Rad weiter ein als das äussere Rad, dadurch "durchfährt" das äussere Rad einen größeren Kurvenradius.

Das folgende Bild zeigt ein MR02-MM Chassis mit 94mm Radstand. Die Linien im Bild bezeichnen den Lenkwinkel. Die beiden Linien der Vorderräder sollten sich auf Höhe der Hinterräder im Kurvenmittelpunkt treffen, was sie allerdings nicht tun. Die unterste grüne Linie bezeichnet die richtige Position der Hinterachse für die vorderen Einlenkwinkel. Man kann sehen, das dieses Setup für ein längeres Chassis gebaut wurde, es fehlen 0,55 Grad Einlenkung des Kurveninneren Rades.

Ausgleichen kann man diese "Fehleinstellung" durch eine Spurstange mit einer Nachspur von 0,5 Grad.

Das untere Bild zeigt das gleiche 94mm Chassis mit einem vollen Lenkeinschlag. Hier ist sichtbar, daß 1,8 Grad im Einlenkwinkel des Kurveninneren Rades fehlen um eine korrekte Ackermann Steuerung bei vollem Lenkeinschlag zu erreichen.

Dies könnte man jetzt durch eine Spurstange mit 2 Grad Nachspur korrigieren. Die Frage, die sich nun stellt: Ist eine korrekte Ackermann Steuerung überhaupt notwendig oder wünschenswert? Das hängt davon ab ist die Antwort. Bei langsamer Geschwindigkeit ist ein korrekter Einlenkwinkel nach dem Prinzip der Ackermannsteuerung gut. Bei hoher Geschwindigkeit rutschen die Räder auf dem Untergrund, also ist ein korrekter Winkel nicht unbedingt notwendig, es gibt sogar Fahrwerksgurus die sagen, es ist nicht wünschenswert.


Einstellung des Fahrwerks

Der beste Weg um ein Fahrwerk einzustellen ist mit einer mittelharten H-Platte im Heck und mittleren Federn vorne. Dazu entweder ein Achsschenkel mit 1 Grad oder die standard 0 Grad Achsschenkel. Als Hinterreifen kommen 8 Grad GPM oder PN Reifen, oder deren Kyosho Equivalent mit 20 Grad zum Einsatz. Auf die Vorderräder kommen 25 Grad GPM oder 20 - 30 Grad PN Reifen. Deren Equivalent bei Kyosho hat 30 Grad. Manche Fahrer bevorzugen 15 - 20 Grad weiche Reifen für vorne, ich denke aber, daß  die Härteren genausoviel Traktion mitbringen, zusätzlich aber besser auf der Felge haften bleiben.

Die H-Platte in der hinteren Aufhängung baut unter dem Drehmoment der Reifen Spannung auf. Wenn die Reifen ihre Traktion verlieren, entläd sich diese Spannung explosionsartig und verursacht dabei ein Knatterndes Geräusch. Eine Möglichkeit dies zu vermeiden ist ein Dämpfer. Koysho vertreibt einen Öldämpfer um das original Plastikgehäuse zu ersetzten. Viel erfolgreicher waren aber Platten Dämpfer Systeme wie z.B. von Atomic oder auch PN. 3Racing bietet auch ein solches System zu einem sehr guten Preis an. Das am besten durchdachte System ist aber das von PN Racing. Es hat eine Öffnung um an die Motoranschlüsse zu kommen oder auch den Motor zu wechseln, ohne das Dämpfersystem ausbauen zu müssen. Dies ist recht wichtig, da wir die meisten Schrauben in Plastik drehen und deren Aufnahmen vom Rein- und Rausschrauben nicht besser werden.

Im Vorderwagen könnt Ihr die Traktion durch die Wahl der Federn beeinflussen. Weiche Federn für mehr Traktion und Harte für wenige. Das gleiche gilt auch für die H-Platte im Heck des Fahrzeugs. Eine weichere Platte für mehr Traktion und eine härtere für weniger. Nehmt ein oder zwei Unterlegscheiben (oder ein ca 0.75mm Abstandshalter) um den Vorderwagen ein wenig tieferzulegen, das veleiht mehr Fahrstabilität. Die Unterlegscheiben haben nicht nur den Zweck den Vorderwagen tieferzulegen, sondern agieren zusätzlich wie ein Stabilisator. In einer Kurve limitiert eine Unterlegscheibe den Federweg und sorgt dafür, daß das urveninnere Rad sich nach oben bewegt. Fahrtechnisch bedeutet das mehr Untersteuern und damit mehr Fahstabilität. Man kann aber auch Federn wie die "PN Low Down" Federn verwenden. Diese sind ein wenig kürzer als die original Kyosho Federn und man kann den Wagen damit auch ein wenig tiefer legen. Das bedeutet allerdings auch, daß es Spiel im Federweg gibt, welches dann wieder durch Unterlegscheiben reduziert werden sollte. Zu viel Spiel bedeutet Untersteuern, zu viele Unterlegscheiben ebenso. Gebt soe viele Unterlegscheiben rein, daß der Achsschenkel mit der Unterlegscheibe Kontakt bekommt. Wenn Ihr dazu mehr als eine benötigt, nehmt ein wieder raus, damit der Federweg ein wenig Spiel ha. Damit erreicht Ihr ein gutes Lenkverhalten.

Wenn das Fahrzeug immer wieder zu einer Seite ausbricht, nehmt eine Unterlegscheibe und platziert diese auf der anderen Seite zwischen Motorhalter un H-Platte um dieses Ausbrechen zu korrigieren. Alternativ könnt ihr die Platte auch leicht verdrehen und dann erhitzen um dies zu korrigieren. Ihr könnt dabei mit fast jeder Hitzequelle (Feuerzeug, offene Flamme, etc.) arbeiten, aber vorsichtig sein. Die erste Methode ist die nicht destruktive und bevorzugte Methode.

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