02 Federungssystem Flashcards
Wie unterscheidet sich der Gesamtfederweg zwischen Luftfederung und Stahlfederung?
- Luftfederung: Der Gesamtfederweg besteht nur aus der dynamischen Einfederung, da die statische Einfederung entfällt (𝑠𝑔𝑒𝑠 = 𝑠𝑑𝑦𝑛).
- Stahlfederung: Der Gesamtfederweg setzt sich aus der statischen und der dynamischen Einfederung zusammen (𝑠𝑔𝑒𝑠 = 𝑠𝑠𝑡𝑎𝑡 + 𝑠𝑑𝑦𝑛).
Warum kann eine Luftfeder weicher ausgelegt werden als eine Stahlfeder?
Weil bei der Luftfederung der statische Federweg entfällt und der Luftdruck bei konstanter Fahrzeughöhe angepasst wird.
Warum lässt sich eine Stahlfeder nicht beliebig weich auslegen?
Eine weichere Stahlfeder würde einen zu großen Gesamtfederweg erfordern, der in den begrenzten Platzverhältnissen der Radkästen nicht realisierbar ist.
Wie beeinflusst die Federung den Fahrkomfort?
Der Fahrkomfort hängt direkt von der Federweichheit ab. Eine weichere Federung verbessert den Komfort, ist jedoch bei Stahlfedern durch Platzgrenzen limitiert.
Wie unterscheidet sich die Aufbauniveaulage zwischen luft- und stahlgefederten Fahrzeugen?
- Luftfederung: Konstant, unabhängig von der Beladung, da die Niveaulage durch Anpassung des Luftdrucks reguliert wird.
- Stahlfederung: Variiert je nach Beladungszustand, da die statische Einfederung die Aufbauniveaulage beeinflusst.
Warum hat ein luftgefedertes Fahrzeug eine konstante Niveaulage?
Da der Luftdruck entsprechend der Belastung angepasst wird, entfällt die statische Einfederung.
Welche Komponenten bestimmen die Reaktionskraft eines Reifens?
- Tragkraftanteil des Gummis (Komponente I)
- Rundhaltekraft der Pressluft (Komponente II)
- Luftkompression (Komponente III, sehr gering)
- Anpassung der Bodenaufstandsfläche (Komponente IV, Hauptanteil).
Welche Frequenz hat die Radeigenfrequenz üblicherweise?
Zwischen 8 und 14 Hz.
Welche Funktion haben Blattfedern zusätzlich zur Federung?
Sie dienen als Konstruktionselement zur Verbindung von Aufbau und Achse, insbesondere zur Führung der Achse.
Wie können die Nachteile von Blattfedern (linearer Federweg) reduziert werden?
Durch progressive Auslegung mittels Vorspannung einzelner Federblätter oder parallele Zusatzfedern.
Welcher Zielkonflikt besteht bei der Auslegung von Schwingungsdämpfern?
- Fahrkomfort: Weiche Dämpfung, um Aufbaubeschleunigungen gering zu halten.
- Fahrsicherheit: Harte Dämpfung, um Radschwingungen zu minimieren und die Bodenhaftung zu verbessern.
Welche Arten von Schwingungsdämpfern werden heute bevorzugt verwendet?
Flüssigkeitsdämpfer, insbesondere Teleskopdämpfer (Einrohr- und Zweirohrsysteme).
Was ist der Vorteil von Balg-Gasfedern?
Sie ermöglichen eine Niveauregulierung durch Anpassung des Gasvolumens und bieten eine konstante Niveaulage bei Beladung.
Wo werden Balg-Gasfedern häufig eingesetzt?
In Bussen (konstante Einstieghöhe), LKW (hohe Zuladung) und PKW (aktive Systeme und Niveauregulierung).
Allgemeine Reifenanforderungen
- längsdynamische Anforderungen
- querdynamische Anforderungen
- vertikaldynamische Anforderungen
Federcharakteristik des Reifen Einflussfaktoren
- Aufbau/Bauart der Reifen
- Reifenfülldruck
Beeinflussung der radialen (vertikalen) Reifenfedersteifigkeit
- Anregungsfrequenz: hoch -> Federsteifigleit: hoch
- Fahrgeschwindigkeit: hoch -> Federsteifigleit: hoch
- Schräglaufwinkel: hoch -> Federsteifigleit: runter
Aufbaufedern Arten
- Blattfedern
- Drehstabfedern
- Schraubenfedern
- Gasfedern
- Hydropneumatische Federung
Aufbaufedern: Kategorien passiver Federn
Feststoff
- Biegung (Blattfeder)
- Torsion (Schrauben- Torsionsstabfeder)
Gas
* Konstantes Gasgewicht (Hydropneumatik)
* Konstantes Gasvolumen (Roll- Faltenbalgfeder)
Blattfeder Vorteil/Nachteil
- Federelement und Radführungselement in einem
- Trockenreibung
- Momentenstütze
Bei linerarer Kennlinie:
* Starkes Einfedern bei Beladung
* Hohe Eigenfrequenz im Leerzustand
-> Lösung: Parabelfedern
Blattfeder Trockenreibung
Problem: trockene Reibung in den Aufhängungen als auch bei mehrlagige Federn verursacht Hysterese bzw. blockiert zweitweise die Feder
Maßnahmen:
* Aufhängung in Gehängen statt in Gleitschuhen
* Kunststoff-Zwischenlagen zwischen Federblättern
* Geringe Anzahl von Federblättern durch größere Blattstärke in Federmitte
(Parabelfeder)
Blattfedern - Momentenstütze
Problem:
Radführungseigenschaften der Parabelfeder gehen aufgrund der Optimierung auf Biegung teilweise verloren: Beim Bremsen neigen Parabelfedern zum sog. S-Schlag = s-förmige Verformung
Maßnahme:
zusätzliche Momentenstütze, welche den S-Schlag und das daraus resultierende „Bremshüpfen” (= Veränderung der Gleitgeschwindigkeiten zwischen Fahrbahn und Reifen) verhindert.
Drehstabfedern Vorteil
Geringer Bauraumbedarf
Schraubenfeder - Beispiele für nichtlineare Federkennung
- Variable Windungsdurchmesser
- Variable Drahtstärke
- Variabler Windungsabstand
Kombination der Maßnahmen: Miniblockfeder
Vorteil Gasfedern
- Hoher Fahrkomfort
- Integration einer Niveauregulierung
Gasfeder konstantes Volumen oder Gewicht
- Konstantes Gasgewicht (Hydropneumatik)
- Konstantes Gasvolumen (Roll- Faltenbalgfeder)
Aufgabe des Schwingsungsdämpfers
- Sicherheit
- Komfort
Bauarten von Schwingungsdämpfern
Mechanische Reibung
* Reibungsdämpfer
Flüssigkeitsreibung
* Hebeldämpfer
* Teleskopdämpfer (Ein- /Zweirohr)
Kavitation
Ursachen
* lokales Absinken des lokalen Drucks in einem Fluid auf einen Wert unterhalb des Verdampfungsdrucks des Fluids (Bernoulli) → Fluid verändert lokal seinen Aggregatzustand von flüssig in gasförmig
Auswirkungen
* schlagartiges Kondensieren (Implosion) der Gasblasen bei einem Wiederanstieg des lokalen Drucks Auftreten von extreme Temperatur- und Druckspitzen sowie lauten Geräuschen
Einrohr-Schwingungsdämpfer - Vorteile und Nachteile
Vorteile:
+ geringere Kavitationsgefahr
+ bessere Wärmeabfuhr
+ Einbau in jeder Lage möglich
Nachteile:
- höhere Kosten (wegen Fertigungspräzision)
- geringere Lebensdauer (Dichtung)
- Reibung durch druckbelastete Dichtung höher (Einfluss auf Ansprechverhalten)
Dämpfungscharakteristik
Progressive Dämpferkennung (n > 1)
* geringe Kräfte im Bereich des Nullpunktes
* weiches Abrollen wird begünstigt
* hohe Dämpfung bei höheren Dämpfergeschwindigkeiten
→ gut für Bodenkontakt
Lineare Dämpferkennung (n = 1)
* lineares Zusammenhang zwischen Dämpferkraft und
Dämpfergeschwindigkeit
Degressive Dämpferkennung (n < 1)
* größte Fläche im Arbeitsdiagramm
→ höchste mittlere Dämpfung
* hoher Gradient im Nullpunkt
große Dämpferkräfte bei geringen Geschwindigkeiten
* geringe Schluckfähigkeit, gute Wank- und Nickdämpfung
Dämpfungscharakteristik - Abbildung
Progressive Dämpferkennung (n > 1)
-x^2 oben und spitze ecken
Lineare Dämpferkennung (n = 1)
Runder Verlauf
Degressive Dämpferkennung (n < 1)
sehr runder Verauf sieht aus wie Viereck mit abgerundeten Ecken
Schwingungsbewertung durch den Mensch
- Wahrnehmung des Menschen bei etwa 0,8 bis 1 Hz beginnt und bei etwa 70 bis 100 Hz aufhört
- 4 und 8 Hz weist der Mensch seine größte Schwingungsempfindlichkeit
- Ein K-Wert von 20 gilt als Grenzwert, bei dem auch bei kurzer Einwirkzeit das Wohlbefinden des Menschen beeinträchtigt ist.
Zweirohr-Schwingungsdämpfer - Vorteile und Nachteile
Vorteile
+ Kosten
+ Lebensdauer
Nachteile
- Neigung zur Kavitation
- schlechte Wärmeabfuhr
- größerer Durchmesser
- Einbau nicht in jeder Lage möglich
Dämpfungsarbeit an welchen Ventil (Einrohr/Zweirohr)
Einrohr
* Dämpfungsarbeit am entsprechenden Kolbenventil
* Vermeidung durch erhöhung des Gasdruckes
Zweirohr
* Dämpfungsarbeit beim Einfahren überwiegend am entsprechenden Bodenventil (Vermeidung Kavitation durch fast widerstandloses Strömen in oberen Arbeitsraum)
* Dämpfungsarbeit beim Ausfahren überwiegend am Kolbenventil, durch das der Ölstrom vom oberen in den unteren Arbeitsraum strömt (fast widerstand- loses Nachströmen vom Mantelraum in Arbeitsraum)
Eigenfrequenz we
- ist die Frequenz, mit der ein schwingungsfähiges System nach einer Anregung/Auslenkung schwingt
- Anregungen im Bereich der Eigenfrequenz führen zu sehr großen Amplituden
→ Aufschwingen → Resonanz
Richtig oder Falsch?
Die Aufbaueigenfrequenz einer Balg-Gasfeder ist nahezu unabhängig von der Beladung
Richtig
Richtig oder Falsch?
Die Federsteifigkeit einer Hydropneumatik steigt überproportional mit der Beladung des Fahrzeugs an
Richtig
Richtig oder Falsch?
Die Federsteifigkeit einer Balg-Gasfeder steigt überproportional in Abhängigkeit der Aufbaumasse an.
Falsch
Richtig oder Falsch?
Die Aufbaueigenfrequenz einer Schraubenfeder ist nahezu unabhangig von der Beladung.
Falsch
Wie groß muss das Gasvolumen gewählt werden, um eine einwandfreie Funktion der Gasfeder zu gewährleisten?
Für eine einwandfreie Funktion der Gasfeder darf die Trennmembran beim
Ausfedern nicht an das Speichergehäuse schlagen!
Richtig oder Falsch?
Die Kavitationsneigung ist beim Einrohrdämpfer in der Druckstufe des sich vergrößernden Arbeitsraums am größten.
Richtig
Richtig oder Falsch?
Die Kavitationsneigung ist beim Zweirohrdämpfer in der Zugstufe im sich verkleinernden
Arbeitsraum am größten.
Falsch
Richtig oder Falsch?
Die Kavitationsneigung ist beim Einrohrdämpfer in der Druckstufe des sich verkleinernden Arbeitsraums am größten.
Falsch
Richtig oder Falsch?
Die Kavitationsneigung kann beim Einrohrdämpfer durch Erhöhung des Gasdruckes
verringert werden.
Richtig
