EineDrehstabfeder (auchTorsionsstab oderDrehstab) ist einestabförmigeFeder. BeimVerdrehen des Stabes um seine Längsachse entstehen in seinen QuerschnittenScherspannungen, die Torsionsspannungen genannt werden und mit dem von außen angebrachtenTorsionsmoment im Gleichgewicht stehen. Drehstabfedern haben einen kreisförmigen oder rechteckigenQuerschnitt.
Die Drehstabfeder ist wie auch dieSchraubenfeder eineTorsionsfeder. Bei der Schraubenfeder ist der Stabschraubenförmig gewickelt, und er wird ebenfalls über seine ganze Länge vorwiegend auf Torsionbeansprucht (seine zusätzlicheBiegebeanspruchung ist vernachlässigbar).
Der Verdrehwinkel ist der Länge des Stabs und dem ihn belastenden Torsionsmoment proportional:
mit:
Unter Festigkeit wird die Grenze zwischen elastischer undbleibende Verformung bzw. Bruch verstanden. Das Maß dafür ist die an dieser Grenze in der Drehstabfeder herrschendeTorsionsspannung, die ertragbare bzw. zulässige Torsionsspannung.
In über den Umfang geschlossenen Stabquerschnitten tritt die maximale Torsionsspannung am Rand des Querschnittes auf.
Die Bemessungs-Formel lautet:
Form und Größe des Querschnitts werden hier mit dem polarenWiderstandsmoment berücksichtigt.
Drehstabfedern dienen vielfach alsStabilisator-Elemente in Kraftfahrzeugen. Gelegentlich sind Drehstabfedern auch anHinterradschwingen von Motorrädern anzutreffen.
BeiSchienenfahrzeugen werden Drehstabfedern alsWankstütze eingesetzt; sie mindern dieWankbewegung desFahrzeugkastens um die Längsachse.
Vor allem beiluftgefederten Fahrzeugen sind Wankstützen ein entscheidender Teil der Fahrzeugfederung.
In der Vergangenheit wurden Drehstabfedern auch zur primären Federung des Wagenkörpers verwendet. Eines der bekanntesten drehstabgefederten Autos ist derVW-Käfer mit einem „Federschwert“ als Längslenker an der Hinterachse, an dem das Halbachspendel mit dem Radlager befestigt ist. Auch in den Achsrohren derKurbellenkervorderachse befanden sich Federblätter, die auf Torsion beansprucht wurden. Weitere bekannteKraftwagen mit Torsionsstabfederung – meistens sind die Drehstäbe quer zur Fahrtrichtung angeordnet – sind derAudi 60 (Vorderachse: Drehstäbe in Fahrtrichtung, Hinterachse: quer),BMW 501/502 (Drehstäbe in Fahrtrichtung),DAF 55 (Drehstäbe in Fahrtrichtung),Simca 1100,Peugeot 205 (Hinterachse),VW-BusT1,T2 undT4,VW Typ 82 (Kübelwagen),Porsche 356,Porsche 911 (bis 1989) undBarkas B 1000; Drehstabfederung ist auch an den Hinterachsen vieler Automodelle vonPeugeot undRenault zu finden – bei Renault4,5,6 und16 mit leicht unterschiedlichemRadstand für die linke und rechte Fahrzeugseite, weil die beiden parallelen Drehstäbe über die Fahrzeugmitte herüberragen. Bei manchen Drehstabfederachsen, beispielsweise beim Peugeot 205, Porsche 356 und BMW 501/502, kann durch Stellelemente an der fest eingespannten Seite der Feder die Vorspannung und damit dieBodenfreiheit des Fahrzeugs justiert werden.
Die sogenanntenHarburger Transporter haben Drehstabfedern mit rechteckigem Querschnitt, die gebündelt verwendet werden (Federstabbündel). Diese Bauweise findet sich zum Teil auch an leichten Pkw-Anhängern. Aufwändiger ist das Bündeln zylindrischer Drehstabfedern.
Packard verwendete in den Jahren 1955 und 1956 für die meisten Modelle einTorsion-Level Ride genanntes Verbundsystem, das im Wesentlichen aus zwei Hauptdrehstäben längs und zwei auf die Hinterachse wirkenden Hilfsstäben bestand. Mit einem dazwischengeschalteten,relaisgesteuertenElektromotor funktionierte das System als automatische Niveauregulierung: Es hielt das Auto stets waagerecht und glich innerhalb von 7 Sekunden die Zuladung im Kofferraum selbständig aus. Außerdem konnte es einen Radwechsel unterstützen. Die zeitliche Verzögerung war notwendig, damit die Elektrik nicht bei jeder Bodenunebenheit eingriff, sondern erst, wenn eine dauerhafte Gewichtsveränderung eintrat, zum Beispiel wenn Fahrgäste ein- oder ausstiegen oder der Kofferraum beladen wurde.[1]
Chrysler hatten von 1957 bis 1970 eineTorsion-Aire genannte Drehstabfederung für die Vorderachse. Sie sollte auch die exzessive Seitenneigung in Kurven vermindern. Für die Aufhängung der Hinterachse wurde lange an Blattfedern festgehalten. Das System wurde 1971 zurTorsion Quiet weiterentwickelt (bis 1992).[2]
General Motors ging mit seinen 1966 resp. 1967 eingeführten Luxus-CoupésOldsmobile Toronado undCadillac Eldorado (bis 1978) einen ähnlichen Weg, allerdings wohl eher aus Platzgründen. Hinten wurden stetsSchraubenfedern verwendet.[3]
Auch an Zweirädern kam die Anwendung von Drehstabfederung vor, darunter an der Hinterachse der StadtrollerWiesel undBerlin sowie – vorn und hinten – bei Fahrzeugen vonLutz, Braunschweig. In Fahrtrichtung liegende lange Drehstäbe hatte die englischeDouglasMark III um 1949.
Die Seitenwagenräder einiger Hersteller (z. B. Felber) haben Drehstabfederung.
Die tschechischenTatra 813 undTatra 815 sind bis zu vierachsige extrem geländegängigeNutzfahrzeuge mitZentralrohrrahmen und einzeln an Halbachsen aufgehängten Rädern. Die 4x4-Varianten sind an allen Achsen und die 6x6-Varianten sind an der hinteren Achse mit längs eingebauten Drehstäben gefedert. Die Vorderachsen der 6x6- und alle Achsen der 8x8-Variante sind mit Halbelliptik-Blattfedern gefedert (Bogie-Achsen). Die Sattelzug-Variante ist an den Vorderachsen mit Drehstabfederung und an den Hinterachsen mit Luftfedern ausgerüstet.
Ein weiteres Einsatzgebiet für Drehstäbe sindPanzerkettenlaufwerke: Seit dem Zweiten Weltkrieg beruht die Federung von mittleren (PzKw III – ab Ausf. E,Panther) und schweren Panzern (Tiger undKönigstiger) sowie bei neueren Kampfpanzern wie demLeopard 2,T-80 oder demM1 Abrams auf Drehstäben.
Drehstabfedern kommen alsVentilfedern inViertaktmotoren vor (Honda).
Die Abstützung derHeckklappe desWAS-2102 erfolgt mittels Drehstabfedern.
Über Fahrzeuge hinaus werden Drehstabfedern angewendet:
Siegfried Hildebrand:Feinmechanische Bauelemente,Hanser, 1968, S. 310:Verdrehungsfedern
