Ich habe mich gerade gefragt: Wann wurde der Begriff „Wankzentrum“ eigentlich so geläufig, dass auch ganz normale Autoenthusiasten davon gehört haben?
Als ich mich zum ersten Mal für Fahrwerke interessierte, war ich noch auf dem Stand von: „Was ist eigentlich der Unterschied zwischen einer Feder und einem Dämpfer?“ Vom Wankzentrum hatte ich natürlich überhaupt keine Ahnung.
Heute dagegen begegnet mir der Begriff „Wankzentrum“ doch ziemlich häufig.
Das Wankzentrum selbst ist eigentlich gar nicht besonders schwierig.
Wenn man es aber einfach mit den Worten „Das Wankzentrum ist das Zentrum der Wankbewegung des Autos“ erklärt, können sich die meisten Leute wahrscheinlich nicht wirklich etwas darunter vorstellen.
Um es richtig zu verstehen, muss man eigentlich mit Zeichnungen arbeiten.
Deshalb möchte ich das Wankzentrum heute ganz einfach anhand von Zeichnungen erklären.
Aber sorry, eine kleine Ausrede muss ich vorher noch loswerden.
Ich möchte nicht, dass du am Ende angekommen bist und dich beschwerst: „Hey! Das war überhaupt nicht einfach!“
Deshalb bringe ich meine Ausrede lieber gleich am Anfang.
Es gibt jede Menge sehr ausführlicher Erklärungen zum Wankzentrum.
Wenn du eine davon lesen und richtig verstehen kannst, brauchst du das, was ich hier gleich schreibe, wahrscheinlich überhaupt nicht.
Du musst das hier nicht lesen.
Allerdings denke ich, dass es auch Leute gibt, die solche technischen Erklärungen lesen und trotzdem nicht ganz verstehen, worum es eigentlich geht.
Selbst Erklärungen zu sehr technischen Themen können erstaunlich klar und verständlich geschrieben sein.
Aber Autos sind nun einmal komplizierte Dinge, deshalb wird es immer Leute geben, die es verstehen – und Leute, die es nicht verstehen.
Als jemand wie ich, der praktisch keine Ahnung von Physik hat und aus den Geisteswissenschaften kommt, denke ich jedenfalls oft: „Könntest du diesen Teil nicht ein bisschen verständlicher erklären?“
Genau das möchte ich diesmal versuchen: das Ganze noch etwas einfacher und mit meinen eigenen Worten zu erklären.
So, genug der langen Einleitung.
So findet man das Wankzentrum
Fangen wir damit an, herauszufinden, wie man das Wankzentrum bestimmt.
Nehmen wir also einmal an, wir haben eine Doppelquerlenker-Aufhängung mit einer Geometrie wie dieser.
Zuerst ziehen wir auf einer Seite eine Linie, die entlang des oberen Querlenkers verläuft.
Dann machen wir dasselbe mit dem unteren Querlenker.
Der Punkt, an dem sich diese beiden Linien schneiden, ist Punkt P.
Als Nächstes ziehen wir eine Linie von Punkt P zum Mittelpunkt der Reifenaufstandsfläche.
Dasselbe machen wir auf der gegenüberliegenden Seite der Aufhängung.
Der Punkt M, an dem sich die beiden blauen Linien schneiden, ist das Wankzentrum.
Punkt M ist also das momentane Drehzentrum der Wankbewegung des Autos.
Wenn du das jetzt einfach nur auswendig lernen willst, könnte das wahrscheinlich sogar ein Kind hinbekommen.
Wichtig ist aber, zu verstehen, warum das so funktioniert.
Wenn du die dahinterstehende Logik nicht verstehst, wirst du es genauso schnell wieder vergessen, wie du es auswendig gelernt hast.
Wenn du dagegen irgendwann denkst: „Ach so! Jetzt verstehe ich, warum das Wankzentrum genau hier liegt!“, wirst du es nicht so schnell wieder vergessen.
Warum Punkt P das momentane Drehzentrum ist
Also überlegen wir jetzt, warum das Wankzentrum auf diese Weise bestimmt wird.
Schauen wir uns zunächst die Befestigungspunkte des unteren Querlenkers an.
Die mit den grünen Kreisen markierten Punkte.
Nennen wir den Befestigungspunkt auf der Seite des Radträgers L1 und den Befestigungspunkt auf der Seite des Fahrzeugs beziehungsweise der Karosserie L2.
Wenn wir nun Punkt L2 festhalten, können wir sehen, dass sich Punkt L1 um L2 dreht.
Dasselbe gilt für den oberen Querlenker. Wenn wir seine beiden Befestigungspunkte A1 und A2 nennen,
sehen wir, dass sich A1 um A2 dreht.
Wenn sich das Rad bewegt, bewegen sich der obere und der untere Querlenker gleichzeitig.
Im Grunde sieht das also so aus.
Schauen wir uns die Bewegung des unteren Querlenkers noch einmal an.
Ich möchte, dass du dir genau den Moment vorstellst, in dem sich der untere Querlenker gerade zu bewegen beginnt.
Nicht nachdem er sich schon ein Stück bewegt hat. Ich meine wirklich den allerersten Moment, in dem die Bewegung beginnt.
In welche Richtung versucht sich Punkt L1 in diesem Moment zu bewegen?
Er versucht, sich in die Richtung des Pfeils zu bewegen.
Anders gesagt: Er bewegt sich senkrecht zum unteren Querlenker.
Wenn du jetzt denkst: „Moment mal. L1 bewegt sich doch auf einer Kreisbahn um L2. Wie kannst du dann sagen, dass es sich in eine gerade Richtung bewegt?“, dann liegst du mit diesem Gedanken absolut richtig.
Aber wir betrachten nur den allerersten Moment, in dem die Bewegung beginnt. Versuch einfach, es für diesen Moment genau so zu sehen.
Das ist der entscheidende Punkt bei der heutigen Erklärung. Wenn du es noch nicht ganz verstanden hast … halt noch ein bisschen durch.
Mit anderen Worten:
In dem allerersten Moment, in dem sich ein Punkt auf einer Kreisbahn zu bewegen beginnt, bewegt er sich in Richtung der Tangente an den Kreis, wie durch den Pfeil dargestellt.
Wenn wir das nun umgekehrt betrachten, können wir sagen: Wenn die Bewegungsrichtung von Punkt L1 im ersten Moment in Richtung des Pfeils verläuft,
könnte die Kreisbahn natürlich ein Kreis wie dieser sein.
Aber allein aus der Information „Die Bewegungsrichtung von Punkt L1 im ersten Moment ist die Richtung des Pfeils“ folgt auch, dass der Kreis kleiner sein könnte, etwa so:
Oder er könnte sehr viel größer sein.
Unabhängig davon, wie groß oder klein die Kreisbahn ist, wissen wir eines ganz sicher: Die Bewegungsrichtung von Punkt L1 im ersten Moment ist die Richtung des Pfeils.
Wenn wir zum Beispiel einen kleinen Kreis haben, liegt sein Mittelpunkt ungefähr hier.
Bei einem mittelgroßen Kreis liegt sein Mittelpunkt ungefähr hier.
Und bei einem großen Kreis liegt der Mittelpunkt ungefähr hier.
Wenn wir jetzt nur die Mittelpunkte dieser Kreise betrachten,
sehen wir, dass der Mittelpunkt unabhängig davon, ob der Kreis, den Punkt L1 zu beschreiben versucht, groß oder klein ist, immer irgendwo auf der Linie liegen muss, die entlang des unteren Querlenkers verläuft.
Dasselbe gilt für den oberen Querlenker.
Wenn sich die Punkte L1 und A1 gleichzeitig bewegen wollen, gibt es also nur einen Drehmittelpunkt, der beide Bewegungen gleichzeitig erfüllen kann: Punkt P, an dem sich die verlängerten Linien des oberen und unteren Querlenkers schneiden.
Die Punkte L1 und A1 sind nun fest mit dem Radträger verbunden.
Nennen wir den Mittelpunkt des Rades Punkt T,
versucht sich Punkt T in diesem Moment also auf einer Kreisbahn um Punkt P zu bewegen.
Streng genommen betrachten wir aber nur den allerersten Moment, in dem die Bewegung beginnt. Die Bewegungsrichtung entspricht deshalb weiterhin der Richtung des Pfeils.
Warum das momentane Drehzentrum wandert
Warum betrachten wir nur diesen allerersten Moment, in dem die Bewegung beginnt?
Denn wenn das Fahrwerk diesen Federweg so durchläuft,
bewegt sich der Schnittpunkt P der verlängerten Linien von oberem und unterem Querlenker an eine andere Stelle.
Das bedeutet, dass Punkt T nun versucht, eine Kreisbahn um einen anderen Mittelpunkt zu beschreiben als zuvor.
Wenn sich der Reifen nach oben und unten bewegt, verändert sich der Mittelpunkt des Kreises ständig. Deshalb folgen die Punkte L1 und A1 tatsächlich nicht einfach einer Kreisbahn um einen einzigen festen Punkt. Stattdessen verändert sich ihre Krümmung ständig, während sich das momentane Drehzentrum bewegt.
Wie auch immer: Der entscheidende Punkt ist, dass sich der Mittelpunkt des Kreises ständig bewegt.
Von Punkt P zum Wankzentrum
Bis hierhin haben wir die Bewegung betrachtet, als würde das Auto frei in der Luft hängen und die Karosserie selbst wäre fixiert.
Wenn wir nun die Wankbewegung betrachten, müssen wir noch eine weitere Bewegung berücksichtigen.
Das ist die Kreisbewegung um den Mittelpunkt der Reifenaufstandsfläche – genauer gesagt um den Punkt, um den sich der Reifen beim Neigen dreht.
Von hier an zeige ich nur noch eine Seite der Aufhängung, damit die Zeichnungen übersichtlicher bleiben.
Das Auto kann sich um einen Punkt in der Nähe der Reifenaufstandsfläche so bewegen,
oder auch so.
Und selbst aus einer Position wie dieser
kann sich das Auto beim Durchlaufen des Federwegs noch weiter so bewegen.
Siehst du, was ich meine?
Eins, zwei, eins, zwei … so bewegt es sich, oder?
Wie wir aber gerade ziemlich ausführlich erklärt haben, wissen wir, dass das momentane Drehzentrum während der Fahrwerksbewegung Punkt P ist.
Unabhängig davon, wie sich die Karosserie selbst bewegt, müssen wir also eigentlich nur betrachten, wie sich Punkt P zu bewegen versucht.
In diesem Fall versucht sich Punkt P in die Richtung des Pfeils zu bewegen.
Aber auch hier gilt: Wenn wir nur den allerersten Moment betrachten, in dem die Bewegung beginnt, muss der Mittelpunkt dieser Kreisbahn nicht unbedingt der Mittelpunkt der Reifenaufstandsfläche sein. Er kann irgendwo auf der Linie zwischen dem Mittelpunkt der Reifenaufstandsfläche und Punkt P liegen.
Die Wankbewegung ist eine Kombination aus der Bewegung des Reifens um Punkt P – also der Kreisbewegung der Punkte L1 und A1 – und der Bewegung der Karosserie um den Mittelpunkt der Reifenaufstandsfläche – also der Kreisbewegung von Punkt P.
Wenn wir also den Punkt bestimmen, der beide Kreisbewegungen gleichzeitig ermöglicht, sehen wir, dass genau dort das Wankzentrum liegt.
Wenn wir denselben Vorgang auf beiden Seiten durchführen, ist der Punkt M, an dem sich die beiden blauen Linien schneiden, also das Wankzentrum.
Um eine solche geometrische Bewegung wirklich zu verstehen, muss man sie mit Zeichnungen erklären.
Etwas ohne Zeichnungen zu erklären, ist dabei fast dasselbe, wie es überhaupt nicht zu erklären.
Genauso gilt: Wenn du etwas nicht mithilfe einer Zeichnung erklären kannst, hast du es wahrscheinlich selbst noch nicht vollständig verstanden.
Deshalb möchte ich zuallererst sicherstellen, dass ich es selbst richtig verstanden habe.
Wenn man das Wankzentrum richtig verstanden hat, erkennt man zum Beispiel auch, dass man ein Auto konstruieren kann, bei dem sich der Sturz der Reifen zur Fahrbahn beim Wanken überhaupt nicht verändert, wenn man die Fahrwerksgeometrie so auslegt, dass die beiden Punkte P auf der linken und rechten Seite zusammenfallen.
Man versteht dann auch, was es tatsächlich bedeutet, den oberen und unteren Querlenker parallel zueinander anzuordnen.
Aber ganz egal, wie schlau man ist: Es ist wichtig, die Zeichnungen selbst zu machen.
Wenn du also Schwierigkeiten hast, etwas zu verstehen, ist es umso wichtiger, die Zeichnungen tatsächlich selbst zu zeichnen und selbst darüber nachzudenken.
So, das war’s mit diesem langen, völlig nutzlosen Geschwafel über etwas, das dir überhaupt nichts bringt. Haha.