Fahrzeuglabor. Versuchszeitraum: 11. April Gruppe E. Schwingungsdämfer. Prof. Dr. A. Belei

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1 Fahrzeuglabor Schwingungsdämfer Versuchszeitraum: 11. April 2001 Gruppe E Sebastian Rolle Daniel Lücht Frank Werschmöller Ulf Liesenfeld Andreas Peppel Wolfgang Frank Matr.Nr.: Matr.Nr.: Matr.Nr.: Matr.Nr.: Matr.Nr.: Matr.Nr.: Dozent: Assistent: Mitarbeiter: Prof. Dr. A. Belei Herr Krutisch Herr Mardt

2 Inhaltsverzeichnis 1. Versuchszusammenfassung 2. Einleitung 3. Aufbau und Funktion der Stossdämpfer 3.1 Einrohrstossdämpfer 3.2 Zweirohrstossdämpfer 3.3 Verstellbarer Stossdämpfer 4. Versuchsaufbau 5. Versuchsdurchführung 6. Auswertung 6.1 Dämpfer 1 Zweirohrstossdämpfer Monroe 6.2 Dämpfer 2 Einrohrstossdämpfer Monroe 6.3 Dämpfer 3 Zweirohrstossdämpfer Koni Einstellung hart 6.4 Dämpfer 4 Zweirohrstossdämpfer Koni Einstellung weich 7. Abschliessende Kritik 8. Anhang fach-logarithmisches-Diagramm 8.2 Kraft-Weg-Diagramme 8.3 Dämpferkennlinien 9.Quellenangaben

3 1.Versuchszusammenfassung Der Versuch beschreibt die dynamische Prüfung von Fahrzeugflüssigkeitsdämpfern auf einem Prüfstand der FH Hamburg, der im wesentlichen aus einem hydraulischen Pulser besteht. Im Fahrzeug haben sich die hydraulisch mechanischen Dämpfer besonders wegen ihrer kleinen Abmessungen, präzisen Dämpfung und einfachen Bauart durchgesetzt. Hierbei ist besonders die Form des Teleskopstoßdämpfers hervorzuheben. Bei unseren Versuchen läuft der Pulser mit konstanter Drehzahl. Über den Wegaufnehmer, der sich unter dem Kolben des Pulsers befindet, und der Kraftmessdose an der Einspannung des Dämpfers können mit Hilfe der elektronischen Messgeräte Dämpferdiagramme (F - s) aufgenommen werden. Im Dämpfungskraft- Hub Diagramm lassen sich gegebenenfalls unmittelbar Unstetigkeiten im Kraftverlauf aufzeigen. An den Abständen der Kraft- Hub Kennlinien lassen sich bereits progressive, lineare oder degressive Charakteristiken erkennen. Aus unseren Messwerten konnten wir dann die Kraft- Geschwindigkeits- Diagramme der einzelnen geprüften Dämpfer erstellen. Diese Diagramme bieten wiederum den Vorteil, dass unmittelbar der Zusammenhang zwischen Dämpfungskraft und der Ein- und Ausfedergeschwindigkeit abgelesen werden kann. Bei den Dämpfern ist es wichtig, dass sie schnell einfedern, wenn man z.b. über eine Kante fährt. Dadurch sind geringe Druckkräfte des Dämpfers nötig. Beim Ausfedern dagegen sind große Kräfte erforderlich, z.b. beim einfahren in ein Schlagloch (langsames ausfedern). Aus diesen verschieden Diagrammen erkennt man die unterschiedlichen Ansprechverhalten der Dämpfer, woraus sich dann auch ihre verschiedenen Einsatzgebiete ergeben

4 2. Einleitung Komfortables, sicheres, schnelles Fahren ist heute zu einer Selbstverständlichkeit geworden. Ob mit dem Automobil, dem Zug, dem Motorrad oder dem Nutzfahrzeug. Ohne Schwingungsdämpfung ist komfortables, sicheres, schnelles Fahren jedoch unmöglich. Ein ungedämpftes Fahrzeug überträgt die Unebenheiten des Weges direkt in harten Stößen auf die Insassen. Mit dem Einsatz der Blattfeder wurde das Fahren komfortabler. Einzeln aufeinander liegende Federblätter reiben aneinander und dämpfen dadurch den Stoß, den eine Unebenheit dem Fahrzeugaufbau versetzt. Schwingungen werden durch Eigenreibung zwischen den Federblättern abgebaut. Die Blattfedersysteme wurden für den Einbau im Automobil verfeinert. Höhere Geschwindigkeiten und der Wunsch nach mehr Fahrkomfort erforderten jedoch ein separates Dämpfungselement. Dieses separate Dämpfungselement war zunächst der Hebeldämpfer. (Bild 1) Anfangs rieb auch hier noch Metall auf Metall, bis es zu einer Hebeldämpferkonstruktion kam, die durch Reibung eines Flügelkolbens in einen mit Öl gefüllten Zylinder unerwünschte Schwingungen dämpfte. Bohrungen und Ventile erlaubten schon eine Einstellung, mit der das Fahrverhalten positiv beeinflußt werden konnte. Dämpfung heute Die ungefederte Masse gerät beim Fahren durch Unebenheiten der Straße, durch Lenkbewegungen, beim Bremsen und Beschleunigen in Schwingung. Das ist gefährlich, weil der Bodenkontakt des Fahrzeuges verloren geht. Die Schwingungen der ungefederten Masse werden naturgemäß auf die gefederte Masse übertragen. Sie beginnt in alle Richtungen zu schaukeln. Das ist unangenehm für die Insassen. (Bild 2) Einwandfreie Stoßdämpfer verhindern das Nachschwingen. Durch die ständige Bodenhaftung ist eine höhere Sicherheit beim Bremsen, Kurvenfahren und Beschleunigen gegeben und der Fahrkomfort wird erheblich gesteigert.

5 3. Aufbau und Funktion der Stossdämpfer Grundsätzlich unterscheiden wir bei der Versuchsdurchführung zwischen den Einrohr- und den Zweirohrstossdämpfer. Als Zusatzversuch wurde ein verstellbarer Koni Stossdämpfer untersucht. 3.1 Einrohrstossdämpfer Einrohrprinzip Der bewegliche Trennkolben (1) drückt beim Einfahren der Kolbenstange (Druckstufe) das Gaspolster (2) zusammen. Beim Ausfahren der Kolbenstange (Zugstufe) drückt das Stickstoffgas den Trennkolben zurück. Die Dämpfung erfolgt in beiden Richtungen über das Kolbenventil (4). Aufbau des Einrohrdämpfers 1. Kolbenstange 2. Dichtungssystem in der Kolbenstangenführung 3. Führungsbuchse 4. Arbeitskolben mit Ventilen zur exakten Steuerung des Öldurchflusses in Zug- und Druckstufe. 5. Ölraum 6. Beweglicher Trennkolben mit speziellen Abdichtungen zur Zylinderrohrwand. Die absolute Öl- und Gasdichtheit erlaubt den Einbau des Dämpfers in jeder Lage 7. Gasdruckraum zum Ausgleich des Kolbenstangenvolumens und temperaturabhängiger Veränderungen des Ölvolumens. Die Vorteile des klassischen Einrohr-Dämpfers: exakte Dämpfung auch bei kleinsten, schnellen Achsbewegungen keine Strömungsgeräusche (Zischen durch Ölfluß) beliebige Einbaulage sehr geringe Kavitation durch hohen Gasdruck wegen geringerer Teilezahl leichter als Zweirohrdämpfer

6 3.2 Zweirohrstossdämpfer Zweirohrprinzip Fährt die Kolbenstange ein (Druckstufe), wird das der Kolbenstange entsprechende Ölvolumen durch das dämpfende Bodenventil (1) in das Außenrohr gedrückt. Durch das Kolbenventil (2) fließt das Restvolumen vom unteren in den oberen Arbeitsraum (3) nach. Beim Ausfahren der Kolbenstange (Zugstufe) übernimmt das Kolbenventil (2) die Dämpfung, während durch das Bodenventil (1) das der ausfahrenden Kolbenstange entsprechende Ölvolumen zurückfließt. Aufbau des Zweirohrdämpfer 1. Kolbenstange 2. Dichtungs und Führungsbuchse 3. Arbeitszylinder 4. Ausgleichraum zur Aufnahme des verdrängten Öls 5. Arbeitskolben und Kolbenventil 6. Bodenventil mit speziellen Bohrungen, Federn und Ventilen zur exakten Einstellung der Dämpfkraft Die Vorteile des klassischen Zweirohr-Dämpfers: niedrige Reibungshysterese des Fahrzeugs elastisches, weiches Abrollen variable Kennliniengestaltung durch Kolben- und Bodenventil

7 3.3 Verstellbarer Stossdämpfer Konstruktive Details Zweirohr-Dämpfer 1.) Staubabdichtungsring. 2.) Spezielles KONI Dichtungselement. 3.) Extrem lange Kolbenstangenführung, aus dem vollen Material gearbeitet. 4.) Die kräftige Kolbenstange des Zweirohrdämpfers mit Präzisionsbohrungen Für den Öldurchfluß. 5.) Der Arbeitszylinder aus dickwandigem, nahtlos gezogenem Präzisionsstahlrohr. 6.) Widerstandslos schwebende Kolbenventilkonstruktion aus gehärtetem Stahl. 7.) Kolben aus dem vollen Material gearbeitet und präzisionsgeschliffen. 8.) Bypassventil mit einzigartiger Rillenkonstruktion. Es sorgt für Gleichmäßige Ölverteilung und garantiert optimale Dämpferwirkung. 9.) Nachstellmutter. 10.) Bodenventil: Präzisionsteil aus 10 genauestens Aufeinander abgestimmten Einzelteilen. Die einzigartige KONI- Konstruktion von Bohrungen, Ventilen und Federn ermöglicht eine optimale Einstellung für jeden Fahrzeugtyp.

8 4. Versuchsaufbau Der Versuch erfolgt an der Prüfmaschine Im Fahrzeuglabor, Box 4, dem Schenk-Prüfstand. Hier ist es auch möglich weitere Fahrzeugkomponenten wie z.b. Achsen, Sitze, Federn etc. auf ihr Verhalten bei dynamischer Beanspruchung zu testen. Die Anlage ist wie folgt aufgebaut: Die Grundplatte (7) liegt auf Gummi-Elementen (8), die verhindern sollen, das die Schwingungen auf den Boden weitergeleitet werden. Auf der Grundplatte ist über einen Befestigungsflansch (6) der Hydrozylinder (6) verankert. Im Hydrozylinder führt ein Kolben die auf - ab Bewegung. An der Traverse (2) wird eine 100 kn Kraftmessdose befestigt. Das untere Dämpfergelenk wird am Kolben des Hydrozylinders und das obere Dämpfergelenk an der Kraftmessdose befestigt. Der Hydrozylinder ist an einen Steuerschrank angeschlossen. So ist es möglich die Kolbenbewegung elektronisch zu steuern. Der Bewegungsablauf wird jedoch nochmals durch einen Wegaufnehmer unterhalb des Kolben im Hydrozylinder gemessen. Die dabei im Dämpfer entstehenden Kräfte werden an der Kraftmessdose unter Zuhilfenahme von Dehnungsmessstreifen ermittelt. Die Werte der Kraftmessdose und des Wegaufnehmers werden über Messverstärker an einem Computer weitergegeben. Hier werden sie an einem Minimonitor und an einem x-y-schreiber Graphisch dargestellt. 5. Versuchsdurchführung Bei unserem Versuch haben wir die Frequenz der Anregung konstant auf f=2hz gehalten. Aus der vierfach logarithmischen Hydraulikzylinderkennung wurden für von uns festgelegte Geschwindigkeiten von 0,6 m/s bis 0.1 m/s in 0.1er Schrittweiten Amplitudenwerte ermittelt. Diese Amplituden (Hübe) wurden am Steuerschrank des Prüfstandes eingestellt. Die reale Amplitude (s ist ) wurde von dem Wegaufnehmer abgelesen, daraus berechneten wir über v ist =s ist 2 π f die tatsächlich vorhandene Maximalgeschwindigkeit. Desweiteren wurden die maximalen Zug- und Druckkräfte abgelesen, die wie die maximalen Geschwindigkeiten, die an den Nulldurchgängen vorliegen. Ausgedruckt wurden die Kraft-Weg Diagramme. 6. Auswertung 6.1 Dämpfer 1: Zweirohrstossdämpfer: Monroe Im Kraft-Weg-Diagramm wird ersichtlich, dass die Kraft-Weg Verläufe im Zugbereich einen immer größer werdenden Abstand zueinander haben. Daraus schließen wir, dass es sich um eine progressive Kennlinie handelt. Im Gegensatz dazu werden im Druckbereich die Abstände immer kleiner, was einen degressiven Verlauf aufzeigt. Offensichtlich wird dies auch im Kraft-Geschwindigkeits-Diagramm. Die Kräfte im Zugbereich sind weit größer als die im Druckbereich. Im Zweirohrdämpfer ist eine variable Auslegung des Dämpfverhaltens durch Kolbenventil und Bodenventil möglich.

9 6.2 Dämpfer 2: Einrohrstossdämpfer: Monroe Aus dem Kraft-Weg-Diagramm sind Kreisähnliche Verläufe der Kennlinien ersichtlich. Bei diesem Dämpfer treten auch sehr geringe Unterschiede zwischen Druck- und Zugverläufen auf. Die einzelnen Abstände zwischen den Kurven nehmen mit den größer werdenden Amplituden zu. Es ergibt sich somit eine lineare Kennlinie. Im Kraft-Geschwindigkeits-Diagramm hat die Kennlinie im Zugbereich einen leicht größeren Anstieg als im Druckbereich. Im Vergleich zum Dämpfer 1 unterscheiden sich hier die Zug- und Druckkräfte nur geringfügig. 6.3 Dämpfer 3 Zweirohrstossdämpfer: Koni Einstellung Hart In dem Kraft-Weg-Diagramm ist deutlich zu erkennen, dass im Zugbereich weitaus größere Kräfte vorhanden sind als im Druckbereich. Der Verlauf ist fast rechteckig, was aufzeigt, dass auch bei geringen Geschwindigkeiten der Dämpfer schon sehr hart ist. Das Kraft-Geschwindigkeits-Diagramm zeigt auf, dass sowohl im Zug- als auch im Druckbereich eine degressive Kennlinie des Dämpfers vorliegt. Bei sehr kleinen Geschwindigkeiten ist das Verhalten beinahe linear. 6.4 Dämpfer 4 Zweirohrstossdämpfer: Koni Einstellung Weich Der Unterschied zur vorhergehenden harten Einstellung ist der rundere Verlauf der Kennlinien im F-s- Diagramm. Im F-v-Diagramm ist die Zugkraft ca. halb so groß wie bei der harten Einstellung, dagegen ändern sich die Druckkräfte nur geringfügig. 7. Kritik Leider haben wir nur intakte Stoßdämpfer geprüft und konnten somit das Verhalten eines defekten Stoßdämpfers im Vergleich zu einem funktionierenden nicht auswerten. Dies war nicht möglich, da defekte Dämpfer zu leicht überhitzen können und Öl verspritzt werden könnte. Nicht berücksichtigt bei den Messungen wurde die Temperatur, sowie der Unterschied zwischen gebrauchten und neuen Dämpfern. 8.Quellenangaben -Internet -Skript -Vorlesung Straßenfahrwerke

10 Auswertung des Dämpferdiagramms v( t) = A ω cos( ω t) wobei A-Amplitude mit A = 45,5mm und ω = 2 π f und f = 2Hz α v ( t) = 2 π f A cos 2 π 360 IV. Quadrant III. Quadrant α [ ] V [ mm/s ] α [ ] v [ mm/s ] , , , , , , , , , , , , ,48 II. Quadrant I. Quadrant α [ ] V [ mm/s ] α [ ] v [ mm/s ] , , , , , , , , , , , , ,48