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Straßenschonendes Fahrwerk

Anpassung in Echtzeit

Straßenschäden Foto: Matthias Rathmann 3 Bilder

Das Argument, der Schwerlastverkehr schädige verstärkt die Straßen, ist gängig. Längst arbeiten Hersteller und Wissenschaft aber an Fahrwerklösungen, die eben dies verhindern.

07.10.2016 Andreas Wolf

Geht es um die Belastung von Straßen und Brücken durch den Schwerverkehr, wird immer wieder ein Vergleich genannt: Ein Lkw belaste die Straßenoberfläche so stark wie 10.000 Pkw. Die Zahl geht auf das sogenannte Vierte-Potenz-Gesetz zurück. Das Gesetz besagt, dass die Belastung einer Straße durch ein Fahrzeug umso größer ist, je höher seine jeweiligen Achslasten sind. Die Beanspruchung der Straße soll proportional zur vierten Potenz der Achslast des Fahrzeugs steigen. Das Gesetz geht auf Versuche zurück, die die American Association of State Highway Officials (AASHO) mit verschiedenen Belägen auf Versuchsstrecken in Ottawa (Illinois) Anfang der 1950er- Jahre durchführte. Sehr genau ist die Formel allerdings nicht, da sie verschiedene andere Einflussgrößen wie klimatische Bedingungen, den Unterbau der jeweiligen Straße und dynamische Einflüsse ausklammert.

Das Problem lässt sich deutlich abschwächen, indem bei neuen und zu sanierenden Straßen dem Unterbau mehr Aufmerksamkeit geschenkt wird. Unter mitteleuropäischen klimatischen Verhältnissen bedeutet dies, dass der Unterbau zwischen 0,80 und 1,25 Meter in den, den Gefrierpunkt nicht unterschreitenden Erdboden reichen muss.

Straßenbelastbarkeit vom Untergrund abhängig

Viele Straßen in Deutschland erreichen dieses Maß nicht oder hatten bis vor Kurzem überhaupt keinen Unterbau. Die Belastbarkeit hängt dann komplett vom Grund unter der Straßendecke ab. Nur wenn der Untergrund aus Fels, Kies oder sandigem Boden besteht, das Niederschlagswasser ausreichend ablaufen kann und der Grundwasserstand genügend tief ist, bleibt der Fahrbahnbelag von Schäden innerhalb kürzester Zeit verschont. Straßenbelastung entsteht dadurch, dass Achsen und Fahrwerk von Fahrzeugen durch Risse, Schlaglöcher oder anderen Unebenheiten zum Schwingen angeregt werden. Die gefederten Räder schlagen währenddessen in immer kürzeren Abständen auf die Straßendecke.

Gift ist das ebenso für Brückenkonstruktionen, da hierdurch wie bei der Straße nicht nur die Belagsoberfläche leidet, sondern auch Risse in der Unterkonstruktion entstehen können. Eine Möglichkeit, die Kräfte zu vermindern, die beim Schwingen auf die Fahrbahndecke wirken, ist das Reduzieren der sogenannten ungefederten Massen am Fahrwerk. Solche Konstruktionen sind zwar teurer, armortisieren sich aber schnell dadurch wieder, dass sie gleichzeitig mehr Nutzlast ermöglichen. So präsentierte beispielsweise schon vor knapp zehn Jahren der inzwischen zu Krone gehörende Achshersteller Trenkamp & Gehle eine Doppelquerlenker-Einzelradaufhängung für Trailer. Sie verringert nicht nur das Eigengewicht des Trailers, sondern schont dank eines sogenannten Luftfeder-Dämpfer- Moduls (LDM) neben der Fracht vor allem die Straße.

Stoßdämpfer rücken ins Blickfeld

Die Aufhängung besteht aus einem Radträger, der über zwei Querlenker – wie aus dem Omnibus bekannt – oben und unten mit dem Fahrzeugrahmen verschraubt ist. Die Querlenker sind aus Aluminiumquerstreben zusammengesetzt, über die sich Sturz und Vorspurwinkel je nach Einsatzzweck ausrichten lassen. Selbst starke Bodenunebenheiten gleicht eine Einzelradaufhängung im Gegensatz zur Starrachse wesentlich besser aus. Auch Vertikalbewegunen wirken weniger auf die Straße. BPW bietet inzwischen GFK-Achsen an, die rund 120 Kilogramm leichter sind als konventionelle Aggregate.

Zunehmend ins Blickfeld rücken indes die Stoßdämpfer, geht es um straßenschonende Lösungen. Passive Dämpfer sind ausschließlich in der Lage, Schwingungen entsprechend nur einer festgelegten, fixen Kennlinie abzubauen. Diese Kennlinie ist in der Regel auf einen Kompromiss zwischen komfortabler und sicherheitsbezogener Dämpfung ausgelegt.

Neue Systeme reagieren in Sekundenbruchteilen auf Unebenheiten

Einige Entwicklungsschritte weiter sind Dämpfer, die mit diesem Kompromiss Schluss machen. Es handelt sich dabei um elektronische Versionen, wie sie inzwischen weit verbreitet sind. Ein Rechner ermittelt aus den Faktoren Beladungszustand, Geschwindigkeit und Vertikalbeschleunigung von Vorder- und Hinterachse eine optimale Kennlinie und steuert danach ein Ventil am Dämpfer. Die nächste Stufe sind regelbare Dämpfersysteme, die innerhalb von wenigen hundertstel Sekunden auf Straßenunebenheiten reagieren.

Damit lässt sich vor allem das destruktive Nachschwingen nach dem Überfahren von Unebenheiten und Schlaglöchern ausschalten. Einen großen Schritt nach vorn in Sachen Straßenschonung lässt sich mit sogenannten elektrorheologischen Dämpfern erzielen, die die Reaktionsgeschwindigkeit der Dämpferventile nochmals erhöhen. Ein Hydraulikkreislauf ist dabei mit etwa fünf Mikrometer großen Polyurethankügelchen angereichert. In der zirkulierenden Flüssigkeit lassen sich diese Partikel per elektrischem Feld ausrichten und bilden dabei Polymerketten, bis das Ventil letztendlich blockiert ist. Die Regelung geschieht also durch eine Änderung der Viskosität. Inzwischen lässt sich der elektrorheologische Part einer solchen Ventilsteuerung auf der Grundfläche in der Größe einer Visitenkarte unterbringen.

Dieser Artikel stammt aus diesem Heft
Lao 10 2016 Titel
Heft 10 / 2016 21. September 2016 Heftinhalt anzeigen Jetzt kaufen
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