Seitenführungskraft
Die Seitenführungskraft ist die diejenige Komponente der Kraft auf das Rad in der Kontaktzone zwischen Rad und „Fahrbahn“, die senkrecht auf der Schnittlinie von Fahrbahn und Radmittenebene steht. Unter Fahrbahn ist bei Straßenfahrzeugen die Straße, bei Schienenfahrzeugen die Schiene zu verstehen.
Bei Reifen hängt die Seitenführungskraft von Schräglaufwinkel, Radlast, Schlupf, Radsturz und Reibwert zwischen Reifen und Fahrbahn ab.
Die zwischen Reifen und Straße übertragbaren Seitenkräfte begrenzen die Querbeschleunigung von Fahrzeugen in Kurven. Wirken gleichzeitig Umfangskräfte, beeinflusst dies die Seitenkraft. Die Zusammenhänge lassen sich mit dem Kammschen Kreis oder der Krempelschen Reibungsellipse veranschaulichen.
Damit ein Reifen Seitenkräfte aufbauen kann, müssen die Profilteilchen verspannt werden. Der Mechanismus der Kraftentstehung des rollenden Reifens kann mit dem Bürstenmodell erklärt werden. Die Profilteilchen laufen unverspannt in den Latsch ein und werden, während sie durch die Drehung des Rades die Kontaktzone durchlaufen, zunehmend durch den Geschwindigkeitsunterschied zwischen Karkasse und Straße verformt.[1] Bei kleinen Schräglaufwinkeln baut sich eine etwa dreiecksförmige Verspannung auf. Erst am Ende der Kontaktzone beginnen die Profilteilchen zu gleiten und kehren wieder in die Ausgangslage zurück. Bei großen Schräglaufwinkeln erfasst die Gleitzone fast die gesamte Kontaktzone, so dass keine Dreiecksform mehr vorliegt. Läuft der Reifen unter einem Sturzwinkel zur Strasse wie bei einem Zweirad, baut sich eine parabelförmige Verspannung auf. Die Seitenkraft bei einem Grad Sturz ist aber maximal 10 % der Seitenkraft bei einem Grad Schräglaufwinkel. Beim Motorrad das an der Kraftschlussgrenze bewegt wird, kommt deshalb immer noch ein zusätzlicher Schräglaufwinkel hinzu.
Die Seitenkraft kann auf Reifenprüfständen gemessen werden und wird als Funktion des Schräglaufwinkels mit dem Parameter Radlast dargestellt. Da nicht alle Betriebspunkte gemessen werden können, müssen in Simulationen bei kombinierter Beanspruchung des Reifens mathematische Reifenmodelle eingesetzt werden.
Schienenfahrzeuge
Bei Schienenfahrzeugen bestimmt die Auslegung der Schiene (insbesondere die Kurvenneigung) und des Rades die maximale Seitenführungskraft. Dynamische Instabilitäten und der durch die Lage des Schwerpunkts definierte Kippwinkel begrenzen die maximal mögliche Kurvengeschwindigkeit für das betreffende Fahrzeug.
Literatur
- Karl-Heinz Dietsche, Thomas Jäger, Robert Bosch GmbH: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch 25. Auflage, Friedr. Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden, 2003, ISBN 3-528-23876-3
Einzelnachweise
- ↑ Günter Leister: Fahrzeugreifen und Fahrwerkentwicklung: Strategie, Methoden, Tools. Vieweg+Teubner, 2009, ISBN 978-3-8348-0671-0, S. 109 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).