Dreh-Momente am Dienstag: Dämpfung – was ist das eigentlich?

Dreh-Momente am Dienstag: Dämpfung – was ist das eigentlich?

An modernen Mountainbikes finden sich ziemlich ausgetüftelte Fahrwerke mit jeder Menge Einstelloptionen. Bei der Diskussion darüber werden die Effekte von Federung und Dämpfung gern vermischt, weshalb es diesen Dienstag darum gehen soll: Was ist eigentlich Dämpfung - und was nicht?

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Dreh-Momente am Dienstag: Dämpfung – was ist das eigentlich?

 

[fone]

...

 

[GoldenerGott]

Bevor man aber vernünftig die Dämpfung einstellen kann, muss man erstmal die Reibung minimiert haben. Die meisten Leute werden mit ihrer Gabel zufrieden sein. Dann gibt es aber auch viele, die sind nicht außergewöhnlich leicht, klagen aber trotzdem über eine überdämpfte Gabel. Die sollten ihrer Gabel zuerst einen großen Service gönnen, auch wenn sie neu ist. Gerade RS ist manchmal sehr sparsam mit Fett, oder eine X-Dichtung ist verdreht eingebaut. Vielleicht hat man auch einfach nur Pech bei der Toleranzpaarung von Kolben und Dichtungen. Alles Punkte, für die sich Sram im Rahmen einer Reklamation übrigens nicht die Bohne interessiert. Nach dem Motto: Gabel macht kein metallisches Geräusch und federt ein? Dann Gabel in Ordnung.

 

[Oldie-Paul]

Die Arbeit ist wegabhängig W= F· s ( auf das Integralzeichengedöns verzichte ich hier)

Genau. Ich habe einen federweg s zu verfügung um mit der kraft F die arbeit W zu verrichten. Das kann die landung des vorderrades nach einem sprung sein. Habe ich nur reifenverformung und armkraft, dann ist da schnell schluss. Habe ich zusätzlch 16cm federweg, dann wird das wesentlich angenehmer. Natürlich ist die kraft nicht konstant. Aber sie ist kleiner als ohne feder. (Alles ohne Integralzeichengedöns ... )

Man müsste eigentlich von einem Impuls sprechen, oder?

Das ist die dynamische sicht. Die impulsänderung Δp, die hier immer auf eine geschwindigkeitsänderung Δv (z.b. beim einfedern) hinaus läuft, ist gleich der wirkenden kraft F mal der aufgewendeten zeit: Δp=FΔt (kraftstoß). Und damit erklärt sich die wirkung von allen möglichen schutzsystemen. Man muss die stoßzeit verlängern, in der die impulsänderung auftritt, um eine geringere kraft wirken zu haben. Das tut natürlich eine feder perfekt. Man will aber die kinetische energie auch nicht zurück haben. Deswegen die dämpfung.

 

[Ev1denz]

Wie hieß der verwirrte Professor hier damals?
Dr. Green oder so?
Naja, Welcome back.

Sorry , ist nicht meine Absicht professoral rüber zu kommen. Finde das Thema intressant, mehr nicht.

 

[Ev1denz]

Genau. Ich habe einen federweg s zu verfügung um mit der kraft F die arbeit W zu verrichten. Das kann die landung des vorderrades nach einem sprung sein. Habe ich nur reifenverformung und armkraft, dann ist da schnell schluss. Habe ich zusätzlch 16cm federweg, dann wird das wesentlich angenehmer. Natürlich ist die kraft nicht konstant. Aber sie ist kleiner als ohne feder. (Alles ohne Integralzeichengedöns ... )

Das ist die dynamische sicht. Die impulsänderung Δp, die hier immer auf eine geschwindigkeitsänderung Δv (z.b. beim einfedern) hinaus läuft, ist gleich der wirkenden kraft F mal der aufgewendeten zeit: Δp=FΔt (kraftstoß). Und damit erklärt sich die wirkung von allen möglichen schutzsystemen. Man muss die stoßzeit verlängern, in der die impulsänderung auftritt, um eine geringere kraft wirken zu haben. Das tut natürlich eine feder perfekt. Man will aber die kinetische energie auch nicht zurück haben. Deswegen die dämpfung.

Ich habe den Beitrag mit der Arbeit wieder geändert, da ich etwas anderes ausdrücken, wollte. Danke trotzdem fürs zitieren.

Die Stoßzeit (Eingang) zu verändern?
Sinusstoß bleibt Sinusstoß mit t , darauf “antwortet“ das System (Bike+Fahrer auf Feder-Dämpfer) und diese kann man “ändern“
Meinst du also Stoßantwort?

 

[sebazzo]

Ob gedämpft oder ungedämpft ist dabei zunächst sekundär. Das was du betrachtest ist der statischer Fall. Masse auf Feder , bei dem sich eine Ruhelage einstellt = Gleichgewicht.
Im interessanteren dynamischen Fall, kommt es in Abhängigkeit der Eigenfrequenz des Systems (Masse, Steifigkeit) zur Erregerfrequenz (z.b. welliger Untergrund) bzw. Erregerkraft F(t)=F0·cos(Ωt) die auf das System von außen einwirken, ab einem Verhältnis von 1,414 zu einem Phasensprung und die Massenkräfte wirken den Erregerkräften im Idealfall 180° phasenverschoben entgegen. Dadurch werden die Kräfte reduziert übertragen, s.a. Massenkraftkompensation.
Siehe auch Einmassenschwinger mit einem Freiheitsgrad.

ok, Du hast sicher recht, wenn wir davon reden, dass eine Feder bei bestimmten Frequenzen die Kräfte auf den Aufbau mildern kann. Das geht bei Schwingung in Eigenfrequenz aber auch genau in die andere Richtung, also Kraftverstärkung. Von daher betrachtest Du nur einen speziellen dynamischen Fall, das ist auch nicht angemessen.

Der statische Fall ist zur grundsätzlichen Beschreibung der Einzelteile eines Systems sicher besser. Eine Feder gibt die Kraft zurück mit der sie komprimiert wurde

 

[Ev1denz]

ok, Du hast sicher recht, wenn wir davon reden, dass eine Feder bei bestimmten Frequenzen die Kräfte auf den Aufbau mildern kann. Das geht bei Schwingung in Eigenfrequenz aber auch genau in die andere Richtung, also Kraftverstärkung. Von daher betrachtest Du nur einen speziellen dynamischen Fall, das ist auch nicht angemessen.

Der statische Fall ist zur grundsätzlichen Beschreibung der Einzelteile eines Systems sicher besser. Eine Feder gibt die Kraft zurück mit der sie komprimiert wurde

In Resonanz findet immer eine Verstärkung in Abhängigkeit der Dämpfung statt.
Bei Frequenz = 0 Hz =statischer Fall ist das Übertragungsverhältnis 1.
Ich betrachte eigentlich nicht nur einen Fall.
Im Falle MTB ist es eh komplizierter, da man nicht von periodischen Erregungen ausgehen kann(in grober Näherung oder in Saalbach-Hinterglemm mit den schönen Bremswellen ) , hier kommt es auch zu einzelnen stoßartigen Erregungen.

 

[Milsani]

..."Zusätzlich gibt es in hochwertigen Federelementen Einstellmöglichkeiten für unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche: Hier spricht man von Highspeed- und Lowspeed-Druckstufe beziehungsweise Zugstufe. Tatsächlich sind diese Einstellungen nicht 100 % trennscharf,..."

Kann man das Thema High- und Lowspeed Dämpfung mal ein wenig ausleuchten? Gerne auch für Menschen ohne Physikstudium

M.

 

[RockyRider66]

@nuts :
Ein sehr schöner Beitrag der dem einen oder anderen sicher helfen wird.
Toll erklärt, ohne viel Fachausdrücke- verständlich.
Mal sehen was die Experten des IBC jetzt drauß machn........

 

[Flachlaender]

Schöner Beitrag, schmeißen doch viele die Begriffe in einen Topf.
Dämpfung ist zunächst Energiedissipation.

Ich würde nicht schreiben, dass die Federkraft wegabhängig* ist, sondern maßgeblich durch die Federsteifigkeit bestimmt wird: c = F/s [ N/m].
=> F= c · s
Das “c“ bestimmt der Bikehersteller durch seine Federauswahl.


Beim aperiodischen Grenzfall kommt es gerade noch zu einer Schwingung, in dem Diagramm ist dies nicht korrekt dargestellt, da die Kurve die x-Achse nicht mehr schneidet und es somit der Kriechfall (3'ter Fall) ist.

Die Feder ist für die Reduzierung der Kräfte zuständig und der Dämpfer, daß die Amplituden nicht zu groß werden und bei der freien Schwingung (gem . Beitrag ) schnell abklingen.

 

[Flachlaender]

Naja die Federkraft wird zwar auch durch die Federrate bzw. Federkonstante bestimmt, aber wie der Name schon vermuten lässt ist dieser Wert in der Regel konstant, daher ist die Kraft abhängig von dem Weg, dies ist ja die variable Größe. Die Federkennlinie wird ja auch mit der Kraft über den Weg aufgetragen... Wo wir schon bei der Federkennlinie sind, entgegen des Artikels denke ich, dass eine Spiralfeder nicht zwangsweise einen linearen Verlauf aufweist zum Beispiel wenn die Steigung oder der Durchmesser der Windungen variiert wird, sollte auch eine progressive oder degressive Kennlinie möglich sein. In diesem Fall wäre die Federrate natürlich nicht konstant.

Edit: wollte eigentlich den Beitrag zitieren den fone zitiert hat und nicht seinen

 

[luniz]

..."Zusätzlich gibt es in hochwertigen Federelementen Einstellmöglichkeiten für unterschiedliche Geschwindigkeitsbereiche: Hier spricht man von Highspeed- und Lowspeed-Druckstufe beziehungsweise Zugstufe. Tatsächlich sind diese Einstellungen nicht 100 % trennscharf,..."

Kann man das Thema High- und Lowspeed Dämpfung mal ein wenig ausleuchten? Gerne auch für Menschen ohne Physikstudium

M.

Hier kann man das relativ schön sehen finde ich.

High- und Low Speed bezieht sich hier natürlich auf die Kolbengeschwindigkeit im Dämpfer.

Bei einer "langsamen" Anregung (eine lange Bodelwelle zB, oder Anregung durch Pedalieren) muss das Öl alles durch das low speed compression Ventil beim Einfedern. Bei höherer Kolbengeschwindigkeit steigt der Druck vor dem Ventil, so lange, bis das federbelastete "high speed compression" Ventil aufgeht. Dann hat das Öl ein zusätzliches Loch, wo es durch kann.

Einstellen kann man die Vorspannung dieser Feder, und damit, ab welchem Druck (=ab welcher Kolbengeschwindigkeit) es aufgeht und wie weit. Allerdings kann man ja auch das Lowspeed Ventil zudrehen, was dazu führt, dass der Druck bei geringeren Kolbengeschwindigkeiten schon höher ist und das high speed Ventil aufgeht... Alles hängt miteinander zusammen ;-)

 

[Oldie-Paul]

Meinst du also Stoßantwort?

Natürlich, das ist die wichtigste belastung beim biken. Die eingeschwungenen zustände treten doch hierbei nie auf.

... Einstellen kann man ... Alles hängt miteinander zusammen ;-)

Das ist der teufel im detail. Man kann stundenlang im kreise um das optimum herum schrauben.

 

[Deleted 8566]

Es ist nicht alleine die Geschwindigkeit/Beschleunigung relevant, es kann zb auch die Durchflussmenge ausschlaggebend sein. Viel Öl in kurzer Zeit vs. wenig Öl in kurzer Zeit. Was spricht an? Die LSC oder die HSC? Das wiederum hängt vom Aufbau der jeweiligen Ventile ab. Im obigen Bild ist die LSC als Nadelventil ausgeführt, die HSC als Shimstack.

 

[RockyRider66]

Es ist nicht alleine die Geschwindigkeit/Beschleunigung relevant, es kann zb auch die Durchflussmenge ausschlaggebend sein. Viel Öl in kurzer Zeit vs. wenig Öl in kurzer Zeit. Was spricht an? Die LSC oder die HSC? Das wiederum hängt vom Aufbau der jeweiligen Ventile ab. Im obigen Bild ist die LSC als Nadelventil ausgeführt, die HSC als Shimstack.

Mir sind bisher die Lowspeedports nur als Nadelventil untergekommen.
An welchem Federelement für Bikes ist das anders?

Im Übrigen erkennt man oben auf der Darstellung schön, dass bei fast allen Dämpferelementen das Nadelventil Öl in beide Richtungen durchlässt, sprich es ist kein Ventil im eigentlichen Sinne.
Demnach besteht hier eine gegenseitige eine Beeinfussung von High- und LowSpeed.

Einzige mir bekannt Ausnahme dürfte der der Float X2 sein mit seinen 4 CheckValves (RodValve) sein?

 

[sebazzo]

Bevor man aber vernünftig die Dämpfung einstellen kann, muss man erstmal die Reibung minimiert haben. Die meisten Leute werden mit ihrer Gabel zufrieden sein. Dann gibt es aber auch viele, die sind nicht außergewöhnlich leicht, klagen aber trotzdem über eine überdämpfte Gabel. Die sollten ihrer Gabel zuerst einen großen Service gönnen, auch wenn sie neu ist. Gerade RS ist manchmal sehr sparsam mit Fett, oder eine X-Dichtung ist verdreht eingebaut. Vielleicht hat man auch einfach nur Pech bei der Toleranzpaarung von Kolben und Dichtungen. Alles Punkte, für die sich Sram im Rahmen einer Reklamation übrigens nicht die Bohne interessiert. Nach dem Motto: Gabel macht kein metallisches Geräusch und federt ein? Dann Gabel in Ordnung.

Das kann ich mit meinen 65kg sofort unterschreiben. Hatte mal ne Boxxer Worldcup, die alte mit R2C2, die ging immer genau einen Tag gut, direkt nachm Service. Da sind Coil und die neueren Luft-Gabeln zum Glück Welten besser geworden.

 

[Rattfahra]

Beim Video zum Fox DHX2 ist das mit dem Ölfluß auch super dargestellt

 

[Oldie-Paul]

Es ist nicht alleine die Geschwindigkeit/Beschleunigung relevant, es kann zb auch die Durchflussmenge ausschlaggebend sein. Viel Öl in kurzer Zeit vs. wenig Öl in kurzer Zeit. Was spricht an? Die LSC oder die HSC? Das wiederum hängt vom Aufbau der jeweiligen Ventile ab. Im obigen Bild ist die LSC als Nadelventil ausgeführt, die HSC als Shimstack.

Das ist doch der sinn der HSC-dämpfung. Wenn bei LSC zu wenig öl fliest, die dämpfung also bei einem schnellen stoß zu groß wird, steigt der druck an. Der öffnet dann (reguliert durch shimstack (und feder davor) im bild) den HSC bypass, erhöht den durchfluss und vermindert so die dämpfung. Die gabel bewegt sich. Sonst würde sie als starrgabel arbeiten. Für die high speed dämpfung braucht man also eine druckabhängigen bypass funktion. Da ist ein nadelventil nicht angebracht.

 

[berkel]

Im Übrigen erkennt man oben auf der Darstellung schön, dass bei fast allen Dämpferelementen das Nadelventil Öl in beide Richtungen durchlässt, sprich es ist kein Ventil im eigentlichen Sinne.
Demnach besteht hier eine gegenseitige eine Beeinfussung von High- und LowSpeed.

Du meinst gegenseitige Beeinflussung von Druck- und Zugstufe? Low- und Highspeed beeinflussen sich immer gegenseitig. Wenn man z.B. das Lowspeed Nadelventil zu und die Highspeed Federvorspannung ganz auf dreht wird sich nicht der gewünschte Effekt einstellen weil der HS Shimstack wegen des schnellen Druckanstiegs am Nadelventil sehr früh aufmacht.

 

[Diddo]

Mir sind bisher die Lowspeedports nur als Nadelventil untergekommen.
An welchem Federelement für Bikes ist das anders?

Manitou hat in der Druckstufe nur Shims seit Absolute+, wenn ich das jetzt nicht ganz falsch verstehe: https://www.shockcraft.co.nz/media/wysiwyg/Manitou ABS+Tuning Guide.pdf

 

[Deleted 8566]

Das ist doch der sinn der HSC-dämpfung.

Ja klar. Ich meine aber, dass wir da vielleicht ein druckabhängiges Dämpfungssystem haben.
Und da kommen wir wiederum auf vor vorige Feststellung zuruck, dass wir keine Kraft haben, sondern einen Impuls oder einen Stoß, jedenfalls etwas, das aus den Komponenten F, bzw m und s besteht.

 

[Ev1denz]

Naja die Federkraft wird zwar auch durch die Federrate bzw. Federkonstante bestimmt, aber wie der Name schon vermuten lässt ist dieser Wert in der Regel konstant, daher ist die Kraft abhängig von dem Weg, dies ist ja die variable Größe. Die Federkennlinie wird ja auch mit der Kraft über den Weg aufgetragen... Wo wir schon bei der Federkennlinie sind, entgegen des Artikels denke ich, dass eine Spiralfeder nicht zwangsweise einen linearen Verlauf aufweist zum Beispiel wenn die Steigung oder der Durchmesser der Windungen variiert wird, sollte auch eine progressive oder degressive Kennlinie möglich sein. In diesem Fall wäre die Federrate natürlich nicht konstant.

Edit: wollte eigentlich den Beitrag zitieren den fone zitiert hat und nicht seinen

 

[RockyRider66]

Du meinst gegenseitige Beeinflussung von Druck- und Zugstufe? Low- und Highspeed beeinflussen sich immer gegenseitig. Wenn man z.B. das Lowspeed Nadelventil zu und die Highspeed Federvorspannung ganz auf dreht wird sich nicht der gewünschte Effekt einstellen weil der HS Shimstack wegen des schnellen Druckanstiegs am Nadelventil sehr früh aufmacht.

Bei der Darstellung oben handelt es sich ja um eine Doppelkolbenkonstruktion bei der der Druckstufenkreislauf eigentlich vom Zugstufenkreislauf getrennt ist.
Hier dürften sich nur Low- und Highspeed der beiden Kreisläufe gegenseitig beeinflussen.

Anders sieht das bei konventionellen Konstruktionen aus.
Da gibt es keine "verschiedenen Kreisläufe", sondern es spielt sich alle in "einer Kammer" ab.
Hier verändern sich natürlich auch die Druckstufen wenn du die Lowspeed Zugstufe verstellt.

 

[Bener]

ich dachte immer das sei allen klar ?!

Merkte selber, ne...

 

[luniz]

Bei der Darstellung oben handelt es sich ja um eine Doppelkolbenkonstruktion bei der der Druckstufenkreislauf eigentlich vom Zugstufenkreislauf getrennt ist.
Hier dürften sich nur Low- und Highspeed der beiden Kreisläufe gegenseitig beeinflussen.

Anders sieht das bei konventionellen Konstruktionen aus.
Da gibt es keine "verschiedenen Kreisläufe", sondern es spielt sich alle in "einer Kammer" ab.
Hier verändern sich natürlich auch die Druckstufen wenn du die Lowspeed Zugstufe verstellt.

Du meinst Doppelrohr, oder Zweirohr nehme ich an? Kolben hat auch der CCDB nur einen ;-)

Das, was du darunter schreibst, ist auch nicht ganz korrekt. Die Kreisläufe" oder "Kammern" oder "Ventile" oder wie auch immer, sind auch bei Einrohrdämpfern voneinander getrennt. Allerdings befindet sich im Normalfall ein Ventil direkt auf dem Kolben, und zusätzliche Ventile im Kopf vor dem Ausgleichsbehälter. Diese werden alleine durch die Ölmenge durchflossen, die von der eindringenden Kolbenstange verdrängt wird, und das ist nicht besonders viel. Einrohrdämpfer haben daher üblicherweise viel dickere Kolbenstangen (vgl. CCDB/DHX)