Grundlegende Funktionen eines Teleskopstoßdämpfers
Stoßdämpfer-Wissen – Einrohr oder Zweirohr?
Worin liegt der Unterschied zwischen Einrohr- und Zweirohrdämpfern? Was unterscheidet Öl- von Gasdruckstoßdämpfern? Welche Vorteile haben Gasdruckstoßdämpfer beziehungsweise was hat das Gas überhaupt für eine Aufgabe? Krafthand geht diesen und weiteren Fragen zur Stoßdämpfertechnik auf den Grund.
Der Aufbau von Zweirohr- und Einrohrstoßdämpfern ist grundsätzlich verschieden. Allerdings gilt das Öl bei beiden Systemen als zentrales Medium für die Dämpfung. Bilder: Bilstein
Viele Gegenstände sind oft so alltäglich, dass man gar nicht mehr über ihre Funktion nachdenkt. Für Kfz-Profis gehört der Teleskopstoßdämpfer ganz klar zu diesen alltäglichen Dingen. Welche Aufgabe er hat, brauchen wir deshalb auch nicht zu erläutern. Bei der Frage, was genau in einem Stoßdämpfer passiert, müssen aber selbst Experten tief luftholen und etwas weiter ausholen.
Das grundlegende Prinzip von Stoßdämpfern
Der Stoßdämpfer oder auch Schwingungsdämpfer ist ein Energieumwandler, der Bewegungsenergie durch Flüssigkeitsreibung in Wärmeenergie umwandelt und so die entstehenden Schwingungen dämpft. Eine gute Wärmeableitung ist deshalb sehr wichtig für die einwandfreie Funktion des Dämpfers.
Denn entsteht zu viel Hitze, wird das Ölmedium zu dünnflüssig, die Kennung wird weicher. Im Extremfall leidet auch die Langlebigkeit. Bei länger anhaltenden Temperaturen von über 140 °C können die Dichtungen durchschmoren“, so dass der Dämpfer Öl verliert.
Unterschied Öl- zu Gasdruckstoßdämpfer
Gleich vorweg: Der Unterschied ist nicht das Öl. Wie schon erwähnt, beruht das Konzept dieser Dämpfer auf der Flüssigkeitsreibung des Öls. Der grundsätzliche Aufbau eines Öldruckstoßdämpfers im Vergleich zu einem Gasdruckstoßdämpfer ist deshalb sehr ähnlich, vor allem wenn man das Zweirohrkonzept zugrunde legt. Den Unterschied macht das Gas.
Während der Innendruck bei Öldruckstoßdämfern lediglich dem normalen Luftdruck entspricht, beträgt das Druckniveau beim Gasdruckdämpfer um einiges mehr. Genauer gesagt: beim Zweirohr-Gasdruckstoßdämpfer 5 bis 8 bar, beim Einrohr- Gasdruckstoßdämpfer sogar 25 bis 35 bar.
Welche Funktion hat das Gas in einem Stoßdämpfer?
Wichtig zu wissen: Das Gas hat mit der Dämpfung nichts zu tun. Vielmehr dient das Gas dazu, einem Aufschäumen entgegenzuwirken und daraus resultierende Leistungsverluste und Kavitationsschäden an den inneren Dämpferkomponenten zu verhindern.
Um zu verstehen, wie die Gasfüllung das erreicht, muss man sich einige physikalische Gesetzmäßigkeiten der Strömungslehre vor Augen halten. Zum einen muss man wissen, dass es in einem System immer dann zu sieden beginnt, wenn sich der Dampfdruck einer Flüssigkeit dem Umgebungsdruck angleicht.
Zum anderen bedeutet das: Fällt der Umgebungsdruck, sinkt auch der Punkt, bei dem eine Flüssigkeit zu sieden beginnt. Die Siedetemperatur von Flüssigkeiten hängt also vom Umgebungsdruck ab und verändert sich demzufolge mit zunehmendem oder abnehmendem Druck.
Sehr anschaulich lässt sich das am Beispiel H2O aufzeigen: Herrscht in einem mit Wasser gefüllten System (Kochtopf) ein normaler Umgebungsdruck von etwa 1,0 bar, dann fängt das Wasser bei 100 °C an zu sieden. Auf der Zugspitze, in einer Höhe von 2.962 m, kocht das Wasser jedoch schon bei 89,8 °C. Dagegen verdampft das Wasser bei einem Schnellkochtopf, in dem ein absoluter Druck von 1,8 bar herrscht, erst bei etwa 116 °C.
Nun ist ein Öldruckdämpfer natürlich nicht mit Wasser sondern mit Hydrauliköl gefüllt, das erst bei etwas über 350 °C zu sieden anfängt. Warum kann das ein Problem sein, wenn doch die Temperatur in Dämpfern sowieso nicht höher als 140 °C werden sollte?
Obwohl die Dämpfer im Normalfall nicht heißer werden, kann das Öl trotzdem zu sieden beginnen. Denn physikalisch bedingt sinkt der Siedepunkt von Flüssigkeiten auch dann, wenn diese mit hoher Geschwindigkeit durch eine Engstelle strömen und hohe Druckunterschiede entstehen – wie beispielsweise an den Ventilen des Arbeitskolbens beim Ein- und Ausfedern.
Ist das der Fall, kann es bei Öldruckstoßdämpfern unter Extrembedingungen an solchen Verengungen zur Dampfblasenbildung kommen. Bei Gasdruckdämpfern hingegen ist dies ausgeschlossen, da die Gasfüllung einen wesentlich höheren Innendruck erzeugt und somit dem Absinken des Siedepunkts bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten entgegenwirkt.
Einrohr- oder Zweirohr-Stoßdämpfer – wo ist der Unterschied?
Der Einrohrdämfer hat den klaren Vorteil, dass er konstruktionsbedingt höhere Gasdrücke zulässt und somit absolut resistent gegen mögliche Dampfblasenbildungen und dem daraus resultierenden Aufschäumen ist.
Des Weiteren besitzen diese Dämpfer – durch die Verwendung von nur einem Rohr – eine bessere Wärmeableitung und somit eine höhere Leistungsfähigkeit gegenüber den Zweirohrdämpfern. Nachteilig ist beim Einrohrdämpfer, dass die hohen Innendrücke effektivere Abdichtungen erfordern und deshalb teurer in der Fertigung sind.
Gerade bei Zweirohr-Öldruckdämpfern lösen sich bei schnellen Bewegungen die Luftanteile aus dem Stoßdämpferöl und regen die Schaumblasenbildung an, da oberhalb der Öloberfläche nur der normale Umgebungsluftdruck herrscht. Durch Reibungswärme wird dieser Prozess zusätzlich gefördert.
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