Mit welcher Energie gelangt dann deiner Meinung nach die Feder in die Ausgangslage ?
Gruß SRAM
quark? hmm…komisch!
warum mein gasdruck-federbein meines cannondale fully mountainbukes „federt“ und die heckklappe meines roadsters selbstständig mittels 2 gasdruckfedern auf"federt" wundert mich doch sehr. dass das mit quark funktioniert, hätte ich nie gedacht. ich glaubte immer, es sei komprimiertes gas gewesen. wie man sich irren kann- hier lernt man richtig dazu!
Erkenne den Unterschied…
Gruß SRAM
Snooper77, einer von uns beiden steht gerade gewaltig auf dem Schlauch! Ich hoffe, dass bin nicht ich 
Damit ich weiß, worauf ich bei meiner Argumentation achten soll, möchte ich erstmal ein paar Prämissen klären. Glaubst Du, dass die Energie, welche in den Schwingungsdämpfern in Wärme umgewandelt wird im Vergleich zu Luft und Rollwiderstand eine relevante Größe ist, so dass es sich lohnt, die Idee die roads im ersten Posting geäußert hat weiter zu verfolgen? Oder geht es Dir bei der Diskussion lediglich um die Funktionsweise der Federn und Dämpfer im Fahrwerk eines Autos?
Wie tief gehen Deine Kenntnisse der Mechanik? Ich habe im letzten Jahrtausend mal einen Dipl.-Ing gemacht, arbeite aber nicht als Ingenieur, so dass meine Kenntnisse ziemlich eingerostet sind. Kann also sein, dass ich mich hier vergaloppiere. Allerdings sind die Zusammenhänge in meinen Augen so primitiv, dass ich mir zutraue hier noch halbwegs kompetent zu diskutieren.
Zu guter letzt vermeide ich das Wort Stoßdämpfer, weil es in die Irre führt und spreche funktional korrekt von einem Schwingungsdämpfer. Die Energie eines Stoßes wird zunächst von den Federn aufgenommen und die Schwingungsdämpfer verhindern, dass da System sich aufschaukelt.
Würde mich sehr freuen, wenn Du meine beiden ersten Fragen beantworten würdest.
Gruß Mathie
Beides. Die Leistung, die in einem Stossdämpfer dissipiert wird, ist relativ gering im Vergleich zu den Leistungen, die für den Vortrieb nötig sind, daher lohnt sich harvesting wohl nicht, aber sie sind absolut gesehen nicht gering und daher alles andere nicht vernachlässigbar.
Dipl. Masch.-Ing. ETH mit Fokus auf Regelungstechnik und Systemmodellierumg. Solche Masse-Feder-Dämpfer-Systeme bzw. RC-Glieder kenne ich wie meine Westentasche
Überleg mal, wie eine Sprungantwort auf eine reine Feder aussieht (-> Sinuswelle) und auf eine gedämpfte Feder (-> „sanfter“ Sprung mit oder ohne Überschwingen). Ersteres würde Fahren verunmöglichen.
Lustige akademische Diskussion. Die Kernaussagen sind doch alle gleich von allen von Euch. Die Energie welche vorwiegend von den Dämpfern (die Federn verhalten sich auch nicht ideal und werden wohl auch etwas erwärmt, sind ja auch kein Perpetuum Mobile) aufgenommen wird geht als Wärme verloren. Die einzige Frage um die sich mangels Fakten alle drücken ist, wie viel ist das und wäre es relevant diese zu versuchen zurückzugewinnen. Was wäre relevant? 1kW, eine Stunde Fahrt machen dann 4 km Reichweite aus? Ich glaube nicht das pro Dämpfer 250W anfallen, kann ich aber nicht beweisen. Selbst dann würde aber kaum jemand den Aufwand treiben diese (ja dann auch noch nur zum Teil) zu nutzen. Persönlich glaube ich Mathie hat mit seinem Schluss recht. Das ist ja auch kein EV Problem, würde sich das lohnen hätte man sicher schon die Lichtmaschine von Verbrennern damit ergänzt, etc.
Aber vielleicht finden sich in der Westentasche von Snooper77 ja Fakten zum durchschnittlich in Dämpfern anfallenden Verlustleistungen und zum Wirkungsgrad der Umwandlung dieser in Strom, dann würden wir weiterkommen. Sonst degeneriert das hier zu einer „ich glaube es ist viel, nein ich glaube es ist wenig“ Diskussion. Und Religion stand ja nicht zur Debatte [emoji56]
Ich sehe es mal ganz pragmatisch: klar fallen Reibung- und Umformverluste in Form von Wärme an, die können aber so riesig nicht sein. Ansonsten wäre das Federbein mit Kühlrippen versehenen. Z.B. 1 kW an die Luft loszuwerden ist alles andere als trivial.
Das ganze gabe es doch eh schon mal in Planung für Autos - aber verschwand dann wieder, ist also nix Neues
golem.de/0902/65176.html (3-achsiger LKW steht da bis zu 1 KW / Stossdämpfer)
Und der Vorteil Strassen reparieren muss man dann auch nimmer - dient ja dann dem Öko 
Jeder der Stoßdämpfer und bis 1kW. Also lag für das MS die Bauchschätzung von vielleicht 1/4 maximal wohl in der richtigen Größenordnung. Damit ist das wohl einfach uninteressant. 4km auf ca. 130 km bei 250 Wh/km sind schon bei einem effizienten EV nur 3%, beim Diesel LKW wird es auch mit Faktor 4 lächerlich.
Und real ist es wahrscheinlich erheblich weniger als der „bis zu“ Wert…
Vernachlässigbar ist immer eine Frage der Betrachtung die man anstellt! Wir sind uns ja beide einig, dass sich ein Harvesting in den Stoßdämpfern nicht lohnt. Selbst wenn man da, wie Leto mal angenommen hat 1kW ernten könnte, wäre das nur knapp 5% des durchschnittlichen Verbrauchs. Damit ist die Energiemengen die geerntet werden könnte aus wirtschaftlichen Aspekten vernachlässigbar. Und darum ging es nach meinem Verständnis bei roads Frage.
Bei seiner Nachfrage als er mit 500kg pro Stoßdämpfer argumentierte, nahm ich an, dass er kein tieferes Verständnis der Funktionsweise von Feder und Dämpfer hat, deswegen hab ich darauf hingewiesen, dass der weitausgrößte Teil der Energie beim Einschwingen in die Feder geht und von da beim Ausschwingen wieder freigesetzt wird. Auf den Schwingungsdämpfer habe ich der Vollständigkeit halber auch hingewiesen, aber die Energiemengen die dort in Wärme umgesetzt wird, ist halt wirtschaftlich vernachlässigbar.
Und das macht die Diskussion mit Laien dann vielleicht auch schwieriger. Das was für die technische Betrachtung eines Ingenieurs relevant ist, ist für einen Laien oft nicht nachvollziehbar. Ich arbeite inzwischen als Projektentwickler und habe oft eine Mittlerfunktion zwischen Ingenieuren und BWLern. Mir erscheint die Energiemengen, die in den Dämpfern in Wärme umgewandelt wird imZusammenhang mit der Fragestellung weiterhin als vernachlässigbar.
Völlig richtig, aber im Zusammenhang mit der Fragestellung eben vernachlässigbar! Bei der Entwickung eines Fahrzeugs natürlich nicht vernachlässigbar. Da hast Du selbstverständlich recht.
Und Leto hatte Recht, dass ich zu faul bin meine Formelsammlung rauszukramen um nachzurechnen.
Gruß Mathie
Ich glaube das kommst Du auch nur vom Regen in die Traufe. Auch wenn Ingenieure (sorry, Physiker schreibt 
) irgendwo eine Formel dafür zu finden glauben ist die Frage welche Formel passt. Man braucht zuerst ein Modell dessen was da abläuft und muss Annahmen über Gewichte, Auslenkungen (Fahrbahnzustand), Materialeigenschaften, etc. machen. Dann würde man diese (vereinfachenden) Annahmen wieder diskutieren müssen und damit welche vereinfachende Formel die Realität in etwa beschreibt. Dann sind wir wieder beim Glauben. Ich denke da brächte man empirische Werte für eine repräsentative Teststrecke um zu einem Urteil zu kommen. Sonst ist ein niedriger einstelliger % Wert als ideale Obergrenze wohl erst einmal Grund genug den Aufwand für die empirische Messreihe nicht zu treiben. Ich behaupte z.B. (machen wir Physiker gerne um der komplexen und so schwer nachzurechnenden Realität zu entgehen 
) das auf einer Rennstrecke mit ideal ebener Fahrbahn nur noch Lastwechsel auf die Dämpfer gehen, wenn man diese ideal ebene Fahrbahn noch ohne Kurven gestaltet und mit konstanter Geschwindigkeit fährt dann sollte der Effekt 0 sein. Also zwischen nix und zu wenig liegt die Wahrheit.
Zu sagen erzeugte X Wh lohnen sich nicht ist doch eine sinnfreie Aussage - wenn die kummuliert über die Lebenszeit mit so einem Stoßdämpfer erzeugte Killowattstunde ~ 1-5 Cent kostet lohnt sich das natürlich wenn sie 10 Cent kostet und damit so teuer sind wie Solarstrom lohnt sich das eher nicht.
Bzw erzeugt so ein Stossdämpfer Energie über oder unter dem Bezugspreis - das ist das was zu klären wäre und wenn das in der Gesamtbetrachtung passt ist das egal ob der 10 Watt erzeugt oder 5 Millionen Terawatt.
Allein das Verhältnis erzeugte Energie ./. Kosten ist relevant und nicht die erzeugte Energiemenge als irgendein Einzelwert ohne Bezugsgrösse.
Du vergisst jetzt aber, dass bei einem Auto an der gedämpften Feder noch das Auto dranhängt.
Bei dem „sanften“ Sprung geht ein großer Teil der in der Feder zunächst gespeicherten Energie in eine Lageenergie-Erhöhung des Autos über - das Auto wird letzlich genau um den Betrag der anfänglichen Längenkomprimierung der Feder angehoben (bei einer Sprungantwort, also z.B. beim Auffahren auf eine erhöhte Teerdecke).
Es wird also nur ein kleinerer Teil der in die Feder eingebrachten Energie im Dämpfer in Wärme umgesetzt.
Und das war ja die strittige Frage bzgl. der Energiebilanz bei einer Kompression eines Federbeins mit 500 kg Last:
Wenn man 500 kg Last auf dem Federbein annimmt, dann wird durch eine Sprungkompression um sagen wir mal 3 cm (das ist schon ein ordentlicher Bums bei 100 km/h) die Federkraft des Federbeins in etwa linear von 500 kg auf vielleicht 600 kg zunehmen.
Anfangs habe ich somit (600 + 500 kg)/2 x 3 cm = 1650 kg cm = 165 Joule in die Feder eingebracht. Diese 165 Joule werden im Moment des Auffahrens auf die höhere Teerdecke über eine kleine Rampe der kinetischen Energie des Fahrzeugs entnommen - es wird etwas langsamer, was durch vorübergehend erhöhte Antriebsleistung wieder ausgeglichen werden kann. Man ist quasi ein Stück bergauf gefahren.
Die für die Lageenergieerhöhung erforderliche Energie ist nun 500 kg x 3 cm = 1500 kg cm = 150 Joule.
Nun ist es also nur die überschießende Energie gleich der mittleren „überflüssigen“ Kraft (das Fahrzeug ist ja nicht schwerer geworden) mal dem Weg, also (600 - 500 kg)/2 x 3 cm = 150 kg cm = 15 Joule, die in einer Schwingung des Fahrzeugs resultieren würde und durch den Dämpfer vernichtet wird, um die Schwingung wegzubekommen.
Das gleiche gilt natürlich mit umgekehrten Vorzeichen auch für ein Hinunterfahren einer Fahrbahnstufe, also bei einer „negativen“ Sprungantwort, bei der der größte Teil der von der Feder zunächst freigegebenen Energie in eine Beschleunigung des Fahrzeugs umgesetzt wird.
Für ein Model S ergeben sich so in etwa 4 x 15 Joule = 60 Ws = 0,017 Wh, die zu ernten wären für einen solchen Fahrbahnsprung von 3 cm. Nimmt man eine Ausfederungszeit von 0,5 s an, so fährt das Model S in dieser Zeit bei 100 km/h etwa 15 m. Bei einer für dieses Harvesting „perfekten“ Betonautobahn, die alle 15 m einen 3 cm Sprung bietet, könnte ich also 60 Ws / 0,5 s = 120 W ernten. Bei einer Vortriebsleistung von etwa 15 kW (?) oder so.
Man könnte also im besten Fall rein theoretisch etwa 1 % der Vortriebsleistung durch Dämpfer-Havesting aufbringen (bei normaler Reisegeschwindigkeit).
Wie oft fährt man mit so hoher Geschwindigkeit auf so schlechten Straßen?
Wie lange macht das das Auto mit?
Soviel zur Rentabilität dieses Harvesting.
Das Model S gibt es ja mit Luftfederung.
Es gibt aber eine komplexer reagierende Luftfederung von gleichen Hersteller, das aktiv ausregelt. Tesla hat diese Version nicht genommen da dies laufen Energie zieht.
Nun wäre es vielleicht eine gute Tat, den Harvesting-Damper und das komplexe Luftfahrwerk zu kombinieren?
Gibt es Synergie-Effekte?
Falsch. Die Energie ginge dann zwar ins Auto, wie du richtig sagst, aber da bleibt sie dann auch und das Auto schwingt fröhlich auf und ab und auf und ab und…
Ohne Dämpfung nimmt das kein Ende.
Klar geht die Energie ins Auto und bleibt dort - und zwar hauptsächlich als eine Erhöhung der Lageenergie, denn das Auto ist bei einem Sprungsignal als Eingang nach dem Wegdämpfen der Schwingung ja um die Sprungsignalhöhe angehoben worden.
Nur ein kleiner Teil (in meinem Rechenbeispiel etwa 10% der durch den Sprungstoß abrupt eingebrachten Energie) bleiben anfangs im Feder-Masse-System als Schwingungsenergie. Und nur diese 10% werden dann „weggedämpft“ und in Wärme gewandelt.
Ich hab auch nicht gesagt, dass es keine Dämpfung gibt.
Klar gibt es eine Dämpfung, ohne die das Auto fröhlich weiter schwingen würde.
Nein, eben nicht. Wenn die Feder gestaucht wird, dann drückst sie als Folge das Auto nach oben, richtig. Aber sie schiebt es zu weit (da die Dämpfung fehlt), und zwar exakt doppelt so weit wie nötig. Somit endet die Feder überdehnt. Was passiert dann? Das Auto wird wieder nach unten gezogen. Und dann wieder hoch. Es schwingt. Sorry, aber so ist es nun mal.
Das ist eben falsch, denn es sind 100%.
Aus meiner Erfahrung mit meinem Roadster beträgt, der Mehrverbrauch bei schlechten Straßen durchaus 20-30Wh/km der von den Stoßdämpfern in Wärme umgesetzt wird. Das sind somit rund 2kW Wärmeleistung.
Ich bestreite nicht, dass das Auto schwingt. Das musst Du mir nicht erklären.
Dein entscheidender Denkfehler ist, dass Du wohl annimmst, das Auto schwingt um die niedrige Ausgangslage.
Genau das trifft nicht zu.
Das Auto schwingt um die durch die Sprungeingabe erhöhte neue Null-Lage.
Das Auto hat nach dem Sprungssignal definitiv eine erhöhte mittlere Lageenergie.
Allein aus diesem Gedanken heraus ist sofort klar, dass nicht 100% im Dämpfer vernichtet werden können, wie Du behauptest. Energieerhaltungssatz.
Und wo kommt dann die erhöhte Lageenergie des Autos her?
Ich glaube, Du betrachtest nur die Schwingungsenergie als Eingangsenergie. Das würde in meinem obigen Rechenbeispiel eben der Überschussenergie von 15 Joule entprechen, die sich aus der überschüssigen Federkraft (zunehmend von Null auf 100 kg bzw. 1000 N unmittelbar nach dem Sprung) mal dem Federweg von 3 cm berechnet.
Dies als gesamte eingebrachte Energie anzusetzen wäre richtig, wenn das Fahrzeug 0 kg wiegt und die Feder vor dem Sprungstoß unbelastet wäre.
Ist sie aber nicht. Sie ist schon vorher mit 500 kg Fahrzeuggewicht belastet, ebenso wie nachher.
Dadurch braucht es zur anfänglichen Komprimierung der Feder um 3 cm eine mittlere Kraft von 550 kg bzw. 5500 N (von anfangs 500 kg auf 600 kg zunehmend).
Somit ergibt sich eben eine durch die Sprungkompression eingebrachte Energie (Kraft mal Weg) von 5500 N x 0,03 m = 165 Joule.
Auch nach dem Sprung bleibt die Gewichtskraft des Fahrzeugs (Last auf dem Federbein) konstant bei 500 kg. Für die Schwingungsauslenkung von 3 cm ist aber nur die Differenzkraft von 100 kg = 1000 N maßgeblich.
Beim Schwingen um die neue Null-Lage mit ± 3 cm variiert die Federkraft dann zwischen 400 kg und 600 kg. Das sind eben die vorgerechneten 15 Joule, die in der Schwingung stecken und dann durch den Dämpfer vernichtet werden, um die Schwingung zu beseitigen.
Es ist ganz einfach so, dass das Fahrzeug beim Hinauffahren einer 3 cm Rampe (erhöhte Teerdecke in der Baustelle) bei den angenommenen Werten etwa 4 x 165 Joule an kinetischer Energie verliert, dabei 4 x 150 Joule an Lageenergie zunimmt (es ist 3 cm bergauf gefahren) und mit etwa 4 x 15 Joule die 4 Stoßdämpfer erwärmt werden.
Wenn das Fahrzeug am Ende der erhöhten Teerdecke dann wieder 3 cm bergab fährt, verliert es 4 x 150 Joule an Lageenergie, von denen etwa 4 x 15 Joule erneut in den Stoßdämpfern landen und nur 4 x 135 Joule wieder in kinetische Energie umgesetzt werden.
Durch eine solche „vorübergehende“ 3cm-Teerauflage hat das Fahrzeug dann also etwa 4 x 30 Joule an kinetischer Energie (Geschwindigkeit) verloren und in Dämpferwärme umgesetzt.
Das muss durch Antriebsenergie wieder ausgeglichen werden.
In der Realität kommen natürlich noch weitere Energieverluste hinzu, wie z.B. erhöhte Reifenwalkarbeit.
Sorry, natürlich völlig richtig, da bin ich auf dem Schlauch gestanden. Nur ein Teil der zugeführten Energie endet als Schwingung, korrekt.