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E30 Fahrwerksgrundlagen / Optimierung

Im nachfolgenden Artikel werden die Grundbegriffe aus der Fahrwerkstechnik erklärt und auf Optimierungsmöglichkeiten durch Verwendung von Teilen aus anderen Modellreihen eingegangen. 
 
Arbeiten am Fahrwerk sind Arbeiten an sicherheitstechnisch relevanten Komponenten des Fahrzeugs! Dieser Artikel beschreibt Reparaturen welche nur durch Fachpersonal erfolgte sollte! www.e30.de übernimmt keine Haftung für eventuelle Folgeschäden.

Einstelldaten (PDF) : 325i M-Technic, M3 E30
 
Grundbegriffe
Spur:

Die Spur beschreibt die Längendifferenz, um die die beiden Räder einer Achse vorne näher zusammen stehen als hinten. Sind die Räder vorne näher zusammen, so spricht man von "Positiver Spur" (Vorspur), umgekehrt von "Negativer Spur" oder auch "Nachspur".

Sturz:

Beschreibt den Winkel der Radebene zu einer im Aufstandspunkt des Rades errichteten Senkrechten quer zur Fahrzeugslängsachse.

Spreizung:

Ist der Winkel zwischen der schräg gestellten Lenkachse und einer Senkrechten zur Fahrbahn quer zur Fahrzeuglängsachse

Nachlauf:

Der Nachlauf entsteht durch eine Schrägstellung der Lenkdrehachse bzw. des Achsschenkelbolzens in Richtung der Fahrzeuglängsachse gegenüber einer Senkrechten zu Fahrbahn. Diese Größe ist nur für die gelenkte Achse entscheidend. Fahrzeuge mit Heckantrieb haben immer positiven Nachlauf, d.h. der obere Punkt der Lenkdrehachse liegt in Fahrzeuglängsachse weiter hinten als der untere Punkt. Beim e36 werden diese beiden Punkte gebildet durch: Das Radführungsgelenk im Querlenker unten und oben durch das Domlager. Ein positiver Nachlauf ist maßgeblich für einen guten Geradeauslauf und Spurtreue.

Lenkrollhalbmesser:

Spreizung und Sturz bilden den Lenkrollhalbmesser. Dieses Maß ist nur für die gelenkte Achse relevant. Er wird zwischen der Mitte der Radaufstandsfläche und dem Durchstoßpunkt der verlängerten Lenkdrehachse durch die Fahrbahn gemessen. Es gibt positiven, negativen und neutralen LRH. Erstrebenswert ist immer ein negativer LRH. Dieser wird ermöglicht durch tiefe Radschüsseln (hohe ET) und kompakte Bremsanlagen. Treten einmal unterschiedliche Bremskräfte an beiden Rädern der gelenkten Achse auf, so wird das Rad beim negativen LRH stärker durch auftretendes Drehmoment nach innen geschwenkt. Dadurch entsteht ein selbstständiges Gegenlenken, welches genau der Kraft entgegen wirkt, die das Fahrzeug zu der Seite des stärker gebremsten Rades (z.B. Reifenplatzer) zieht. Somit stabilisiert sich das Fahrzeug selbsttätig.
Werden Felgen mit niedriger ET verbaut, so kann der Lenkrollhalbmesser neutral oder gar positiv werden, was zur Folge hat, das das Fahrzeug noch stärker auf die Seite zieht, auf die es z.B. durch ein blockierendes Rad gezwungen wird. Auch im normalen Fahrbetrieb verliert so ein modifiziertes Fahrzeug sehr viel an Spurtreue und neutralem Geradeauslauf.

Fahrwerksaufbau E30 Vorderachse

Kern der Vorderradaufhängung ist das sogenannte Federbein, an dem das Rad direkt befestigt ist und das sich gleichzeitig für Federung und Stoßdämpfung zuständig fühlt. Ein elastisch aufgehängtes Domlager verbindet das Federbein an der Oberkante mit der Karosserie. Unten ist es über den sogenannten Querlenker gelenkig mit dem Vorderachsträger und der Karosserie verbunden. Mit der Lenkung haben die Querlenker übrigens nichts zu schaffen - ihren Namen bekamen sie vielmehr, weil an ihnen die Federbeine angelenkt (sprich: gelenkig aufgehängt) sind und weil sie quer zur Fahrtrichtung stehen. 

An den beiden Querlenkern ist ferner noch ein mehrfach gebogener Rundstab aus Federstahl befestigt -der sogenannte Stabilisator. Der bewirkt folgendes: Wenn bei Kurvenfahrten das kurveninnere Rad ausfedert, wird der Stabilisator in sich verwunden. Mit der so entstehenden Federkraft wird nun die kurvenäußere Radaufhängung unterstützt und somit deren Feder gewissermaßen verstärkt. Erfolg: Der Wagen neigt sich beim Kurvenfahren wesentlich schwächer. Federt der Wagen, beim Bremsen, vorn gleichmäßig ein, bleibt der Stabilisator wirkungslos.
 
Querlenker im Detail

Der Querlenker hat drei Gelenke. Mit zweien davon ist er am Fahrzeugaufbau befestigt, mit einem am Federbein. Der Querlenker führt den Aufnahmepunkt des Achsschenkels beim Aus- und Einfedern auf einer Kreisbahn um die Längsachse des Fahrzeugs. Er muß Längs- und Querkräfte aufnehmen. Das hintere Lager muß Kräfte in Fahrzeug-Querachse sowie Torsionskräfte aufnehmen.
 
Querlenkerlager "A" im Detail

Das Querlenkerlager "A" gibt es in drei grundsätzlich verschiedenen Ausführungen:
 
Serie alle E30 und E36 (auch Compact) 

Sehr weiches Lager. Bei starkem Verschleiß neigen die Vorderräder bei starken Bremsungen zum �Rubbeln�.

Komfortbedingt kann der Querlenkerzapfen bei diesem Lagertyp auf der Querachse des Fahrzeugs federn. Dies hat Radbewegungen der Vorderräder nach vorn und nach hinten zur Folge. Die Lager sind auf den Nachlauf der Serienmodelle abgestimmt und werden entsprechend durch die Gewichtskraft des Fahrzeugs belastet. 

M3 E30 und M3 E36 3.0

Das Lager ist aus Vollmaterial. Es bietet damit weniger Komfort, ist aber haltbarer und das Ansprechen der Vorachse wird präziser. Zudem ist die Aufnahme für den Querlenkerzapfen zum Fahrzeugäußeren versetzt (exzentrisch). Dadurch verlagert sich das Radführungsgelenk (Querlenkerlager �C�) in Fahrzeugslängsachse nach vorne, der Nachlauf wird vergrößert und der Radstand verlängert. Beides wirkt sich positiv auf die Spurtreue aus. Die Lenkkräfte erhöhen sich dagegen.

M3 E36 3.2

Das Lager ist komplett aus Vollmaterial und bietet somit eine ähnliche Haltbarkeit und Festigkeit, wie das exentrische Lagers des M3 E30. Wesentlich ist aber, daß die Zapfenaufnahme hier wieder zentral mittig angebracht, so daß die Achsgeometrie wieder der des Serienlagers entspricht. Somit entfällt hier nach einem Umbau die Achsvermessung.

Ähnliche Lager liess auch ALPINA und HARTGE für Ihre Fahrzeuge anfertigen.

Lagertausch:

Am Besten wird der Querlenker komplett ausgebaut. Das ist zwar nicht zwingend notwendig, aber am komfortabelsten. Die Position des Lagers muß auf dem Zapfen markiert werden (Abstand zum Ende notieren)!

Da ein trocken abgezogenes Lager nicht wieder verwendet werden darf, kann es ruhig bei der Demontage zerstört werden. Da wahrscheinlich keine Abziehvorrichtung vorhanden ist, wird der Gummikranz zerschnitten und dann der innere Metallring durchgesägt. So löst sich der letzte �Lagerrest� vom Querlenkerzapfen. Das neue Lager muß nun in den Lagerring eingepresst werden. Es wird fettfrei (!) von der angeschrägten Seite eingepresst. Für diesen Vorgang ist eine hydraulische Presse zwingend notwendig, mit einem Schraubstock kann nicht genügend Kraft aufgewendet werden. 

Auf die richtige Einbaulage (Markierung) ist zu achten, besonders bei den exzentrischen Lagern (Pfeil zeigt zur Fahrzeugmitte). Anschließend wird das Lager wieder auf den Querlenkerzapfen aufgepresst. Hierfür müssen sowohl der Zapfen als auch der Lagerinnenring fettfrei sein und mit einem �Terpentin-Ersatz� bestrichen werden.

Wichtig: Unmittelbar nach der Montage kann das Lager auf dem Zapfen noch verdreht werden. Das Fahrzeug muß dann schnellstens mit montiertem Querlenker in die Normallage (= eingefedert) gebracht werden und darf dann mind. 30 Minuten nicht mehr bewegt werden. Dann ist das Terpentin verdunstet und das Lager sitzt fest auf dem Zapfen. Wird das Lager verdreht montiert und steht damit in Normallage unter Spannung, wirkt sich das negativ auf das Fahrverhalten aus. Die Querlenkerlager sind immer paarweise zu tauschen!
Beim Einbau des Querlenkers sollten die beiden selbstsichernden Muttern für Mittellager und Radführungsgelenk ersetzt werden. Die Schrauben des Querlenkerhalters brauchen nicht erneuert zu werden. Anzugsmoment: 47Nm. 

Bei Umbau auf exentrische Lager ist eine Achsvermessung erforderlich, durch den höheren Nachlauf (Räder weiter vorn) ist die Spur verstellt.
 
Satz E30 Lager Serie

Satz Lager M3 E30, M3 E36 3.0

Satz Lager M3 E36 3.2

Halter Querlenker links

Halter Querlenker rechts

Terpentin-Ersatz

31 12 9 058 931 (symmetrisch, offener Gummi)

31 12 9 061 222 (exentrisch, Vollgummi)

31 12 9 069 035 (symmetrisch, Vollgummi)

31 12 1 139 789 (in der Regel wiederverwendbar)

31 12 1 139 790 (in der Regel wiederverwendbar)

81 22 9 407 284 (zur Montage erforderlich)

Querlenkerlager "B" im Detail

Dieses Lager ist wohl mit Abstand das haltbarste und es gibt auch keine Alternativen. Wenn dieses Lager defekt ist, ist ein kompletter Querlenkertausch notwendig.
 
Selbstsichernde Mutter: 32 21 1 095 420 (90Nm)
Radführungsgelenk "C" im Detail

Das äußere Traggelenk ist das große Sorgenkind der E30 und E36 Vorderachse. Für den E36 gibt es das Lager einzeln bei BMW zu kaufen, für E30 nur im Zubehörhandel. Das E36 Lager ist elastisch gummiumhüllt im Querlenker gelagert. Somit neigen diese Ausführungen natürlich eher zu Defekten, weil der Gummi schneller kaputt geht. Somit kann der Rat an E36 Fahrer nur sein: E30 Querlenker verbauen. Hier ist das Lager aus Metall und somit stabiler und langlebiger. Mittlerweile gibt es im Zubehör auch für den E36 mit TÜV solche Vollmetalllager zu kaufen (siehe Ebay).
 

Ein defektes Gelenk macht sich durch schwammiges Fahrverhalten bemerkbar. Das Fahrzeug wirkt stark seitenwindempfindlich, läuft Spurrillen nach, wirkt unruhig auf Fahrbahnmarkierungen und beim Bremsen gibt es Vibrationen in der Lenkung (meist zwischen 60-120km/h, wird durch Unwucht in Rädern noch verstärkt).

Der Austausch ist nicht ohne entsprechendes Spezialwerkzeug möglich, daher ist der Gang in die Werkstatt nahezu unumgänglich.Gelenke immer achsweise tauschen. Ein Vermessen der Spur ist nach der Reparatur NICHT erforderlich.
 
Radführungsgelenk (E36)
Selbstsichernde Mutter
31 12 6 758 510
32 21 1 095 267 (65Nm)
Unterschiedliche Ausführungen Querlenker

Was die wenigsten (inkl. mir) bisher wussten, ist, daß es durchaus Unterschiede bei der Ausführung der eigentlichen Querlenker gibt. (Die Biegerei für den E36 5-Lochumbau könnte ein Ende haben :-), Details noch sind auszutesten...)

Abgesehen von den eigentlichen Maßen sind zunächst die  Radführungsgelenke in den Querlenkern der M3 E36 Modelle anders aufgebaut und somit deutlich haltbarer. Die Nachteile sind der höhere Preis für einen kompletten Querlenker. Weiterhin können die Lager im Falle eines Defektes nicht einzeln getauscht werden, da es direkt in den Querlenker eingearbeitet ist. Diese Querlenker sind in ihrer Geometrie absolut identisch zu den E30 Teilen und können verbaut werden, ohne daß sich Werte an der Achseinstellung ändern. Ob dies wirklich sinnvoll ist, kann ich aber nicht einschätzen.

Die Verwendung der Alu-Querlenker vom E30 M3 ist aus unserer Sicht nicht nötig. Der sehr hohe Preis rechtfertigt nicht die Reduzierung der ungefederten Masse (Lieber mal auf das Gewicht der "Leicht"metallfelgen achten (Zitat E30-Schrauber)).

Eine interessante Ausführung stellen die Querlenker des M3 E36 3.2 dar: Diese Querlenker sind gegenüber den Serienteilen etwas weiter "aufgebogen", d.h. der vordere Aufhängungspunkt ist weiter nach vorne verlagert. Somit kommt das Rad ca. 1,5 cm weiter nach vorn. Dies hat BMW gemacht, damit beim M3 3.2 trotz wieder symmetrisch ausgeführter Querlenkerlager der Nachlauf der gleiche ist wie beim (exzentrisch gelagerten) M3 3.0. Inwieweit diese Querlenker sich für den Umbau auf E36 Fahrwerk beim E30 eignen, werde ich zeitnah testen und berichten.
 
Querlenker E30 und M3 E30 LI 31 12 1 127 725
Querlenker E30 und M3 E30 RE 31 12 1 127 726
Querlenker M3 3.0 LI 31 12 2 227 249 (haltbarer)
Querlenker M3 3.0 RE 31 12 2 227 250 (haltbarer)
Querlenker M3 E30 LI 31 12 1 130 823 (Alu)
Querlenker M3 E30 RE 31 12 1 130 824 (Alu)
Querlenker M3 3.2 LI 31 12 2 228 461 (Rad weiter vorn)
Querlenker M3 3.2 RE 31 12 2 228 462 (Rad weiter vorn)
Domlager Vorderachse im Detail

Alle E30 und M3 E30 haben an der Vorderachse die gleichen Domlager. Es gibt weiterhin ein spezielles Domlager zur Sturzkorrektur mit fest eingestelltee + oder - 30 Minuten Verstellung. Die Domlager aus den E36 Modellen passen nicht (ohne Änderungen) in den E30 Federdom.
 
Seriendomlager 316i - 325i, M3

Hier ist die Aufnahme des Dämpfers mittig angeordnet. Der Nachlauf ist konstruktiv festgelegt

Sturzkorrektur-Domlager E30:

Hier ist die Aufnahme des Dämpfers exzentrisch angeordnet. Es gibt zwei feste Stellungen. Die Dämpferaufnahme ist entweder weiter zur Fahrzeugmitte oder weiter zur Fahrzeugaussenseite  verlagert. 

Serien - Domlager 316i - 325i M3  31 33 1 139 452
Sturzkorrektur Domlager 31 33 1 139 484 
Fahrwerksaufbau E30 Hinterachse

Als Hinterachse dient beim E30 eine klassische Schräglenker-Hinterachse. Die beiden Schräglenker sind gelenkig mit dem quer zur Fahrtrichtung eingebauten Achsträger verbunden. Federn und Stoßdämpfer sind getrennt eingebaut. Als Feder wurde eine sogenannte Tonnen-Schraubenfeder verwendet, die bei geringer Bauhöhe einen großen Federweg erlaubt (die einzelnen Federwindungen legen sich beim Einfedern schneckenförmig ineinander). Die Schräglenker-Hinterachse ist für ein sportliches Auto wie den Dreier BMW wie geschaffen. Die Hinterräder werden sehr exakt geführt und erhalten - was die Seitenführung in Kurven verbessert - beim Einfedern einen stärkeren negativen Sturz. Beim Ausfedern verändert sich der Sturz dagegen nur geringfügig. 

Die grundsätzliche Hinterachskonstruktion ist beim E30, E36 Compact und Z3 Roadster und Z3 Coupe (auch M-Modelle) gleich, somit kann da fast alle Komponenten untereinander tauschen.
Domlager Hinterachse

Es gibt eine konstruktive Schwachstelle: Das Domlager (oberes Stützlager). Diese Lager verbinden die Kolbenstange des Hinterachsdämpfers mit dem Fahrzeugaufbau. Die Vulkanisierung zwischen der Trägerplatte mit Verschraubung und der mittleren metallischen Führung löst sich beim Serienteil relativ schnell. Poltern, klappern oder Knarz- und Quietschgeräusche sind dann deutlich an der Hinterachse wahrnehmbar.

Eine Optimierungsmöglichkeit findet sich durch Verwendung der oberen Verstärkungsplatte des BMW Z3 (siehe Foto). Weiterhin sollte das Domlager des M3 E36 oder des M3 E46 verwendet werden, da diese deutlich länger halten.
 
Stützlager M3 3.0 u. M3 3.2
Stützlager e46 M3/Cabrio
Versteifungsplatte Z3
Papierdichtung
 33 52 1 137 972
 33 52 6 754 096
 51 71 8 413 359
 33 52 1 128 734
Tonnenlager Hinterachse
Neben den Domlager gehören die Tonnenlager zu den häufigsten Mängeln an der E30 Hinterachse. Sie verbinden den querangeordnete Hinterachsträger an den Außenseiten elastisch mit dem Fahrzeugaufbau. 

Die Tonnenlager halten nach meiner Einschätzung zwischen 50 und 100tkm. Der nicht ganz einfache Wechsel ist unter DoitYourself beschrieben.

 

Die Unterlegscheibe ist beim M3 E30 etwas größer dimensioniert. Keine Ahnung ob die breitere Auflage die Lebensdauer verbessert, schaden kanns nicht.

Unterlegscheibe M3 E30: 33 33 2 225 797 

Als weitere Möglichkeit der Versteifung können Gummiringe gelten, die man lose oben und unten am Tonnenlager einsetzt und mit verschraubt. Dadurch wird die Bewegungsfreiheit des Lagers weiter eingeschränkt, Lebensdauer und Fahrpräzision steigen.
Differentiallager
Das Differential ist hinten am Deckel durch ein Gummilager elastisch mit dem Kofferraumboden verbunden. Das Differentialdeckel der M-Modelle ist aus Vollgummi und damit haltbarer und stabiler. Ein Austausch ist nur bei demontiertem Diffdeckel möglich. Der Differentialdeckel des M-Roadsters besitzt übrigens optisch sehr attraktive Kühllammellen, wer sich vom Preis nicht abschrecken läßt, kann auch das montieren. Das Gummilager ist dann gleich montiert.

Gummilager (Z3 M): 33 17 2 228 425
Differentialdeckel mit Gummilager (Z3 M): 33 17 2 228 335
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Diese Anleitung wurde in Ihrer Grundform vom "Hobbyschrauber" (zu finden im Forum von www.bmw-syndikat.de) für die E36 Modellreihe verfaßt und von mir (mit Erlaubnis) entsprechend der Anforderungen der E30 Seite ergänzt und umgeschrieben.

tino@e30.de