Skip to main content

Torsievering Porsche

Hakse Straatsma

Ferdinand Porsche vraagt ruim 80 jaar geleden zijn eerste patent aan op de toepassing van torsieveren als veerelement bij auto’s. Porsche was overtuigd van de voordelen van deze constructie en heeft veel bijgedragen aan de ontwikkeling van de torsievering. Na de toepassing van deze vering bij de eerste VW ‘s en de Porsche 356 lag de keuze voor dit type vering  bij het ontwerp van de 901, eind jaren 50 en begin 60er jaren, dan ook voor de hand. Daarbij wordt torsievering in de jaren 50 veelvuldig toegepast o.a. bij  modellen van BMW, Packard en Chrysler, Citroen, Fiat,  Morris en Austin. In de jaren daarna zijn deze bijvoorbeeld ook te vinden bij  DKW,  Audi, Renault, Simca, Daf 55 en  de Jaguar E-type. Hierbij een kort overzicht van de geschiedenis.

De eerste patenten

In 1930 neemt Ferdinand Porsche ontslag als hoofdconstructeur bij Steyr en start zijn eigen constructiebureau. Eind 1930 vestigt het bureau zich in Stuttgart en in april 1931 wordt het bedrijf in het handelsregister ingeschreven als  “Dr. Ing. h.c. F. Porsche GmbH, Konstruktionen und Beratungen für Motoren und Fahrzeugbau”. Met 12 medewerkers ontwikkelde Porsche in het eerste jaar een middenklasse personenauto voor Wanderer, een 5 cilinder stermotor voor  de Phänomen - Werke en een onafhankelijke achterwielophanging met pendelassen voor Horch. Uit deze laatste opdracht komt zeer waarschijnlijk de patentaanvraag voort die Porsche op 10 augustus 1931 indient (Fig.1) voor een veersysteem met torsieveren.

Fig. 1  Patent 1931

De patentaanvraag heeft niet betrekking op de veer zelf maar op de toepassing hiervan in de wielophanging. In de eerste patenten worden ook een constructie met spiraalveren beschreven, maar in vervolgpatenten spitst de toepassing zich vooral toe op ronde en rechthoekige (gebundelde) torsieveren. Tot die tijd worden bij personenauto’s bijna uitsluitend vrij zware constructies met vaste assen en bladveren toegepast. Bij grote zware auto’s levert deze constructie nog een redelijk comfortabele vering op bij de kwaliteit van de wegen begin jaren 30, maar bij lichte auto’s lukt dat niet. De constructie met torsieveren maakten een lichte wielophanging met onafhankelijke vering voor alle wielen mogelijk, noodzakelijk voor een comfortabele vering bij lichte auto’s. Na het eerste patent volgen er nog vele andere (ook voor andere Europese landen en de VS) waarbij alle mogelijke uitvoeringen en toepassingen van torsieveren in wielophanging worden vastgelegd.

De torsieveer op zich is al een lang bekend veerelement, maar tot dan toe, op een uitzondering na bij de Leyland Eight (waarvan tussen 1920 en 1923 in totaal slechts18 exemplaren zijn gebouwd), niet toegepast als veer in wielophangingen. Porsche was zo overtuigd van de voordelen van deze constructie, dat gedurende jaren bij vele ontwerpen torsievering worden toegepast. De eerste toepassing vindt plaats in de Auto Union Rennwagen met een V16 motor voor de achteras. De vooras is voorzien van een wat in goed Duits een “doppelkurbellenkerachse” (Fig.2) genoemd wordt met torsieveren in de onderste dwarse verbindingsbuis. De oorspronkelijke achterasconstructie met bladveren word ook spoedig vervangen door een wielophanging met torsieveren.

Fig. 2 Auto Union Rennwagen, Doppelkurbellenkerachse

De torsievering wordt ook gebruikt in de door Porsche ontwikkelde voorlopers van de Volkswagen: de prototypes voor Zündapp en NSU. Voor verschillende Duitse autofabrieken ontwerpt het ontwerpbureau van Porsche wielophangingen met torsievering zoals voor Hanomag en de Neue Röhr Werke (Röhr 8 Type FK). En ook buitenlandse klanten zoals Morris, Standard, Volvo, Triumph, Austro-Fiat en ERA kloppen bij Porsche aan voor ontwerpen van wielophangingen met torsievering. De eerste autofabrieken die dit in serieproductie toepassen, zijn het Franse merk Mathis met de EMY6 (Fig.3) en Alfa Romeo met de Alfa 6C 2300 B.

Fig. 3 Torsievering Mathis EMY6 

Ook de nieuwe Citroen Traction Avant die in 1934 in productie gaat, krijgt op basis van de Porsche patenten een voor- en achteras vering met torsiestaven (Fig. 4a/b).

  

Fig. 4a Citroen voorwielvering (Autocar_Handbook,_13th_ed,_1935)                                                      Fig. 4b Citroen achterwielvering

Toepassing bij de KdF Volkswagen

In januari 1934 omschrijft Porsche voor het Reichsverkehrsministerium zijn idee over een Volkswagen in een “Expose betreffend den Bau eines deutschen Volkswagens”. Hierin geeft hij ook een voorstel voor het ontwerp van een Volkswagen. Voor de vering stelt hij een torsiestaaf vering voor. Als voordelen noemt hij: “Geringes Federgewicht infolge günstigster Werkstoffausnützung; hohe Schwingungsfestigkeit, daher kein Federbruch; kein zusätzlicher Platzbedarf durch Verlegung der Stäbe in die Rahmenträger, keinerlei Wartung, insbesondere keine Schmierung; einfache Ein- und Nachstellung; günstige progressive Federwirkung.”

In 1934 krijgt Porsche opdracht om een Volkswagen prototype te ontwerpen. Met een prijs van 1.000 Reichsmarken als uitgangspunt (de goedkoopste Opel Kadett kostte in 1936 bijna het dubbele! ) moet er een zo goedkoop mogelijk te produceren ontwerp komen. Op basis van de eerdere ontwerpen voor Zündapp en NSU zijn spoedig de eerste prototypes gereed met een voorvering met twee boven elkaar liggende dwarse gebundelde torsiestaafveren ( in principe zoals bij de Auto Union racewagen) en achter een pendelaskonstruktie ook voorzien van torsieveren. Hiermee wordt een auto gerealiseerd met voor die tijd bijzonder moderne onafhankelijke vering voor alle wielen. Deze vering doorstaat in de prototypes de uitgebreide testen. In 1938 krijgt de KdF (Kraft dürch Freude) Volkswagen met de VW38 de uiteindelijke vorm. De voorwielvering met twee boven elkaar dwarse buizen met daarin de torsieveren geeft weinig veranderingen in de wielstand bij in- en uitveren. De torsieveren van de vooras bestaan uit een bundel rechthoekige bladveren die in het midden worden vastgeklemd. Met een dergelijke constructie kan met een korte veerlengte een soepeler vering verkregen worden dan met een even lange ronde torsieveer (Fig5a/b). Het vormt een handige montage-eenheid waaraan ook het stuurhuis en de schokdempers zijn bevestigd. Een nadeel is de ruimte die de constructie in beslag neemt, ruimte die ten koste gaat van de bagageruimte.

  

Fig. 5a KdF Volkswagen type 38                                                                                                             Fig. 5b Vooras VW kever uit handboek 1950

Voor de achteras wordt een eenvoudige constructie gekozen: de pendelas (een constructie die door Rumpler al in 1903 was gepatenteerd) met als veren twee dwars gemonteerde torsieveren. Bij deze achterasconstructie is wat meer veerlengte beschikbaar en worden ronde torsiestaven toegepast. Bij een pendelasconstructie veranderen bij het in- en uitveren de wielstand en de spoorbreedte sterk, wat een nadelige invloed heeft op de wegligging. Met de voor de oorlog bescheiden motorvermogens (de eerste Volkswagen had 22,5 pk) en relatief lage snelheden wegen deze nadelen op tegen de simpele, robuuste en daarbij goedkope constructie. Porsche is bekend met deze constructie uit de tijd dat hij hoofd was van de ontwerpafdeling van Benz waar op basis van de door Rumpler ontworpen Tropfenwagen (met pendelassen), de Benz Tropfenwagen ontstond.

Van de Volkswagen Kever worden voor en gedurende de oorlog maar weinig exemplaren vervaardigd. Zodra de fabriek in Wolfsburg gereed is, wordt overgegaan op de bouw van de door Porsche ontworpen bekende Kubel- en Schwimmwagen die qua wielophanging geheel op de Kever zijn gebaseerd. In de oorlog breidt de toepassing van torsieveren zich ook uit tot de vering van de steunwielen voor de rupsbanden van Duitse tanks ( bijv. de Panther en Tiger). Een constructie die ook nu nog veel bij tanks wordt toegepast, onder meer bij de Leopard tanks en Wiesels (ook Porsche constructies).

Torsievering van de torsievering bij Porsche in de jaren 50

Bij het ontwerp van de Berlijn – Rome sportwagen (type 64) in 1939, de voorloper van de Porsche sportwagens, wordt de wielophanging van de Volkswagen overgenomen. Ook de na de oorlog in Gemund vervaardigde Porsches worden met standaard Volkswagen wielophanging en vering uitgerust. De eerste Porsche 356 van 1949 tot en met de 356C uit 1965 en de daarvan afgeleide sportmodellen zoals de 356 Speedster, de 356 Carrera, Carrera GT en GTL Carrera 2 bezitten in principe de wielophanging van de Volkswagen: de vooras met de twee dwars geplaatste torsieveren en achter de pendelasconstructie met torsieveren. Met het toenemen van het motorvermogen (de Carrera 2 had 130pk) en de snelheden is vooral de geërfde achteras constructie met de pendelassen van de eenvoudige afkomst van de KdF Volkswagen verantwoordelijk voor het sterke eigenzinnige overstuurkarakter. Om dit karakter wat in toom te houden werden al spoedig onder andere bij de vooras een stabilisatorstang toegepast, de voorwielgeometrie gewijzigd (waardoor een stuurdemper noodzakelijk wordt) en de bandenmaat vergroot. Vanaf 1959 werd bij de sterkere modellen een extra dwarse bladveer bij de achteras toegepast (qua werking omgekeerd aan een stabilisatiestang) waarmee in de bocht het weinig belaste binnenste achterwiel door de belasting van het buitenste wiel tegen de weg werd gedrukt.

Ook bij de racewagens van Porsche die vanaf 1953 ontwikkeld worden, zoals de Porsche 550 en daarna de 550A-Spyder (1956), is de voorwielophanging in principe dezelfde als bij de 356. Hoewel de motor bij dit type voor de achteras is geplaatst, bestaat de achtervering uit pendelassen met torsieveren. In 1958 krijgt de opvolger van de 550A, het type 718 (1500 RS-K), de verder ontwikkelde vooras van zijn voorganger. Bij de achterasconstructie wordt bij de pendelas afscheid genomen van de torsieveer en wordt voor het eerst een schroefveer met progressieve werking toegepast. Bij de opvolgers – de types RS60/RS61 – stapt men bij de achterwielophanging van de pendelasconstructie af en past men twee driehoekige wieldraagarmen met schroefveren toe. Bij de voorwielvering gaat men over op gescheiden torsiestaven voor de linker- en rechterkant waardoor het mogelijk wordt de twee buizen voor de torsiestaven onder verschillende hoeken te bevestigen. In plaats van de gebruikelijke torsieveerverankering in het midden van de verbindingsbuis, krijgen de tweede torsiestaven een eigen instelbout. Ook de eerste Formule 2 Porsche (een aangepaste 1500 RS-K) heeft nog de voorwielvering van hetzelfde type als de 356. Bij de constructie van de eerste Formule 1 in 1961 gaat men geheel over op de toepassing van schroefveren. Bij de opvolger hiervan in 1962, de Porsche 804, construeert men een geheel nieuw chassis en keert men weer terug naar een wielophanging met torsieveren. Zowel de voor-  als de achterwielen krijgen een wielophanging met in de lengte liggende torsieveren. Bij deze wielophanging is de torsiestaaf bevestigd aan de bovenste wieldraagarm. Bij de achterwielen is een heel compacte constructie toegepast, waarbij de torsiestaaf met een vertanding aan de achterzijde aan de wieldraagarm bevestigd is. Deze loopt door het voorste draaipunt van deze wieldraagarm naar voren toe en is daar instelbaar bevestigd (Fig. 6). Een constructie die wij weer tegen zullen komen bij de voorwielvering van de 911.

Fig. 6 F1 Porsche  804 achterwielophanging

Ontwikkeling van de vering bij de 911

Bij het ontwerp van de 911 (toen nog de 901) heeft men eerst het plan de bodemplaat en wielophanging van de 356 te gebruiken. Om voorin een grotere bagageruimte in de tweezitter te kunnen realiseren, verhuist de benzinetank achter de voorstoelen. Na het besluit om er toch een 2+2 van te maken, moet de benzinetank weer voorin maar om dan een grotere bagageruimte dan in de 356 te realiseren, moet een nieuwe vooras worden geconstrueerd.  Na vele experimenten wordt gekozen werd voor een McPherson wielophanging. Meestal wordt bij dit type ophanging een rond de demper aangebrachte schroefveer toegepast. Bij de 911 wordt echter als veer een torsieveer toegepast; een constructie die overeenkomst vertoont met de torsieveer in de achterwielophanging van de Porsche 804 (Fig.7). Het resultaat is een compacte voorwielophanging en volgens plan een ruim 180% grotere bagageruimte voorin ten opzichte van de 356.

Fig. 7 Porsche 911 Voorwielophanging

Voor de achterwielophanging vindt men de pendelasconstructie van de 356 met de dwarsliggende torsiestaven eerst niet goed genoeg, maar de gewenste constructie zoals die ook was toegepast bij de Formule 2 Spider (type 718) blijkt te ingewikkeld en neemt bovendien teveel ruimte in beslag. Daarop keert  men weer terug naar de oude pendelasconstructie. Echter, dit overblijfsel van de oorspronkelijke Volkswagen heeft, afgezien van de simpele en goedkope constructie, vele nadelen. Vooral de grote wielstand- en spoorbreedteveranderingen bij het in- en uitveren leidt tot instabiel weggedrag en ernstig overstuur in bochten, zeker bij de zwaardere 6-cilindermotor achterin. Korte tijd voor het begin van de serieproductie, besluit Ferry Porsche een andere constructie toe te passen. De dwarse torsiebuis bleef op zijn plaats maar de pendelasconstructie maakte plaats voor wat in mooi Duits een “Schräglenkerachse” wordt genoemd, waarbij de “Schräg” circa 15 graden bedraagt (Fig. 8).

Fig. 8 Porsche 911 Achterwielophanging

De constructie wordt op 13 december 1962 bij het Duitse Patentambt aangemeld onder nummer DE1430233. In tegenstelling tot de “oude” pendelasconstructie, is de aandrijfas bij deze constructie geen onderdeel van de wielophanging. Eenzelfde constructie wordt later ook toegepast bij de Volkswagens 1302, 1600 en Transporter. Deze constructie geeft in theorie een preciezere wielgeleiding en heft de nadelen van de pendelasconstructie op. Maar in de praktijk met de grotere 6-cilindermotor van de 911, waardoor ten opzichte van de 4-cilinder het zwaartepunt nog meer naar achter verschuift, blijkt de wegligging nog niet echt optimaal. Door veranderingen aan het bovenste bevestigingspunt van de voorste demperpoten en door het installeren van een weeginstallatie voor de afstelling van de torsiestaven, worden de productieproblemen die een ongunstige invloed op de wegligging hebben opgelost. Evenwel blijft het weggedrag voor vele klanten problematisch. Door toepassing van bredere velgen (van 4,5 naar 5,5 inch) en de “verstärkten Stossfänger”, een voorbumper met op de hoeken een metalen gewicht van elk 11 kg (oppassen bij het demonteren van de voorbumper!) wordt het weggedrag wat verbeterd. Dit extra gewicht, ook niet bepaald een elegante bij Porsche passende ingenieursoplossing, wordt overbodig nadat onder leiding van Ferdinand Piëch voor de B serie in 1969 de wielbasis met 57mm wordt verlengd. Door het verlengen van de wieldraagarm van de achterwielen verandert de geometrie van de achterwielophanging en komt het zwaartepunt iets naar voren te liggen. Doordat de motor en versnellingbak op dezelfde plaats bleven, lopen de aandrijfassen onder een kleine hoek naar achteren, waardoor nieuwe aandrijfassen met homokineten nodig worden. De gewichten in de voorbumper verdwijnen maar er komen wel twee zover mogelijk naar voren geplaatste accu’s voor in de plaats.

Tot  in 1988 blijft bij de 911 de torsievering gehandhaafd. Maar bij de andere Porsche modellen worden steeds vaker de schroefveren toegepast. Zo krijgt in 1969 de VW-Porsche 914 nog wel de voorwielophanging van de 911 maar bij de achterwielvering komen schroefveren aan bod. Bij het ontwerp van de Porsche 924 in 1976 wordt uit de onderdeelvoorraad van Audi en VW geput: aan de voorzijde een MacPherson veerpoot met schroefveren uit de VW Sirocco en aan de achterzijde de torsievering volgens het laatste Kever type. Bij de ontwikkeling in 1977 van de 928 stapt men geheel van de torsieveren af en past men rondom schroefveren toe.

Bij de 911 wordt ondertussen nog aan details gevijld; de torsiestaven veranderen, de stabilisatoren worden gewijzigd, de schokdempers worden vernieuwd en de wielophangingen worden versterkt en aangepast maar in principe blijft de constructie onveranderd. Maar om aan de eisen van de tijd te voldoen en met de steeds toenemende motorvermogens is een meer up to date wielophanging noodzakelijk. De 911 opvolger in 1988, het type 964, lijkt uiterlijk op de oude 911 maar verschilt  qua onderstelconstructie geheel van de oude. De torsieveren maken plaats voor een subtielere wielophanging met schroefveren. De legendarische Porsche 959 was hiervan in 1984 al een voorbode geweest.

Hakse Straatsma

Geraadpleegde bronnen:

  1. Die Porsche-Techniek, Jeff Daniels
  2. Fahrwerktechniek, Jörnsen Reimpell
  3. Porsche Geschichte und Technik der Renn- und Sportwagen; Karl Ludvigsen
  4. Deutsches Patent- und Markenamt
  5. Autocar Handbook,13the ed., 1935
  6. www.vw38.de