{"id":3642,"date":"2020-03-26T14:00:19","date_gmt":"2020-03-26T13:00:19","guid":{"rendered":"https:\/\/vielzutun.ch\/wordpress\/?p=3642"},"modified":"2023-06-23T18:10:34","modified_gmt":"2023-06-23T16:10:34","slug":"oehlins-du-1081","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/vielzutun.ch\/wordpress\/?p=3642","title":{"rendered":"\u00d6hlins DU 1081"},"content":{"rendered":"\n

Rechtzeitig vor Erkl\u00e4rung der «Ausserordentlichen Lage<\/a>» in der Schweiz durch den Bundesrat konnte ich mein revidiertes \u00d6hlins-Federbein beim Service-Center abholen, …<\/p>\n\n\n\n

\"Ducati
\u00d6hlins DU 1081 – hier noch vor der Revision<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

… mit frischem \u00d6l und Gas bef\u00fcllt, sowie diversen Dichtungen und F\u00fchrungen ausgetauscht, darunter neu ein «Low Friction Kolbenring \u00d6hlins». \ud83d\ude0e<\/p>\n\n\n\n

Das klingt doch insgesamt recht vielversprechend. Auch eine kleine «Einlaufstelle» an der Kolbenstange wurde auspoliert. <\/p>\n\n\n\n

Au\u00dferdem erhielt ich noch einen Stapel ausgedruckter Diagramme vom beauftragten Pr\u00fcfstandslauf des D\u00e4mpfers. Zu meinem gro\u00dfen Bedauern war es nicht m\u00f6glich, die den Diagrammen zugrunde liegenden Daten in Computer-lesbarer Form, z.B. als *.csv oder *.xls Dateien zu erhalten. Nach Auskunft des Gesch\u00e4ftsinhabers habe der Pr\u00fcfstandshersteller den zugeh\u00f6rigen Rechner zum Schutz seines Know-Hows derart «vernagelt» und gegen unbefugte Einblicke gesch\u00fctzt, da\u00df eine Auskopplung von Dateien leider nicht m\u00f6glich sei. Das ist zwar schade, behindert aber nicht die prinzipielle Aussage, sondern lediglich deren Genauigkeit. Hier ein Ausschnitt (ohne header) eines derartigen Diagramms.<\/p>\n\n\n\n

\"\u00d6hlins<\/a>
D\u00e4mpferkraft in Zug- und Druckstufe (vertikal) \u00fcber einen Hub von +\/- 14.5 mm (horizontal), Zug- und Druckstufeneinstellungen zwischen «maximal geschlossen» (aussen), und «maximal offen» (innen)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Um derartige Diagramme und deren Informationsgehalt angemessen w\u00fcrdigen zu k\u00f6nnen, muss man wissen wie der Pr\u00fcfstand aufgebaut ist. Ich durfte zwar Fotos vom Pr\u00fcfstand erstellen, wollte dieses Entgegenkommen jedoch nicht zu weit ausdehnen. Daher an dieser Stelle nur eine Totale:<\/p>\n\n\n\n

\"\u00d6hlins<\/a>
Mechanik (links) und Elektronik\/Bedieneinheit\/Rechner (rechts) des D\u00e4mpferpr\u00fcfstands<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Da man im Foto die Details nur wiedererkennt, wenn man das Ganze schon einmal «live» gesehen hat, folgt hier das Schema des Pr\u00fcfstands:<\/p>\n\n\n\n

\"\u00d6hlins<\/a>
Pr\u00fcfstand schematisch:
Schwarz schraffiert: Gestell; Rot: Kurbel; Blau: Schlitten; Gr\u00fcn: D\u00e4mpfer; Magenta: Kraftmessdose<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Die Bestandteile des Pr\u00fcfstands kurz vorgestellt:<\/p>\n\n\n\n

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Gestell, schwarz schraffiert<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Dies stellt Ausschnitte des Maschinenbetts, des in der Getriebetechnik «Gestell» genannten, unbeweglichen Teils des Pr\u00fcfstands dar. Die verschiedenen schwarz schraffierten Teile sind alle Teil des gleichen Maschinenrahmens und bewegen sich nicht relativ zueinander.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

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Kurbel, rot<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Hier erfolgt der Antrieb des Pr\u00fcfstands nach den «scotch yoke<\/a>» (oder auch «Kurbelschleife<\/a>«) Prinzip. Die Kurbel ist mit ihrer Drehachse im Gestell gelagert. Die effektive L\u00e4nge der Kurbel ist variabel, und kann \u00fcber die Bedienoberfl\u00e4che des Pr\u00fcfstands konfiguriert werden. Der Hub, \u00fcber den der zu pr\u00fcfende D\u00e4mpfer bewegt wird, entspricht der doppelten effektiven Kurbell\u00e4nge. Siehe rot-strichpunktierte Kreisbahn. Im Folgenden wird vorausgesetzt, da\u00df der Antrieb «gleichf\u00f6rmig<\/strong>«, also mit konstanter Winkelgeschwindigkeit erfolgt.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

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Schlitten, blau<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Der Schlitten ist \u00fcber Linearf\u00fchrungen im Gestell gelagert und kann sich ausschlie\u00dflich vertikal bewegen. Der Schlitten weist einen horizontalen Schlitz auf, in den eine Rolle passenden Durchmessers am beweglichen Ende der Kurbel eingreift. Dadurch folgt der Schlitten exakt der Vertikalposition des beweglichen Kurbelendes.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

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D\u00e4mpfer, gr\u00fcn<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Der D\u00e4mpfer wird mit seinem unteren Auge mittels zwei seitlich eingreifender Schrauben mit kegeliger Spitze sowie Feingewinde spielfrei in das obere Ende des Schlittens eingespannt.<\/p>\n\n\n\n

Das obere Auge des D\u00e4mpfers wird genauso kraft- und formschl\u00fcssig in der freien Aufnahme einer im Gestell gelagerten Kraftmessdose (magenta) eingespannt.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

Der gleichf\u00f6rmige Antrieb durch die Kurbel erzwingt eine vertikale Oszillation des Schlittens, und damit eine entsprechende L\u00e4ngen\u00e4nderung des zu pr\u00fcfenden D\u00e4mpfers. Der D\u00e4mpfer setzt dieser erzwungen L\u00e4ngen\u00e4nderung eine Geschwindigkeits-proportionale D\u00e4mpferkraft entgegen, welche \u00fcber die Kraftmessdose (im obigen Schema magenta gezeichnet) aufgezeichnet wird.<\/p>\n\n\n\n

So weit – so gut.<\/p>\n\n\n\n

Jeder Biker kennt eine andere Art, eine Rotationsbewegung in eine Hubbewegung umzuwandeln, bzw. umgekehrt: Im Hubkolbenmotor geschieht dies \u00fcber Kurbel und Pleuelstange. <\/p>\n\n\n\n

Im Gegensatz zu Kurbel-Pleuel liegt der Charme der im Pr\u00fcfstand vorliegenden Mechanik darin, da\u00df <\/p>\n\n\n\n

  1. die Vertikalbewegung des Schlittens (und unteren D\u00e4mpferauges!) querkraftfrei <\/strong>erfolgt. Das hilft, den mechanischen Aufbau des Pr\u00fcfstands «schlank» zu halten, weil Belastungen auf Biegung vermieden werden.<\/li>
  2. der Hubverlauf und Geschwindigkeitsverlauf des unteren D\u00e4mpferauges mathematisch exakt bekannt sind, auch bei ver\u00e4nderlicher Kurbell\u00e4nge.<\/li><\/ol>\n\n\n\n

    Punkt zwei verdient Aufmerksamkeit: die Kombination aus mechanisch erzwungener Kreisbahn der Rolle am Kurbelende und dem gleichf\u00f6rmigen Antrieb der Kurbel f\u00fchrt zu der behaupteten «mathematisch exakt bekannten» Position der Rolle am Kurbelende zu jedem Zeitpunkt<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

    Uns interessiert hierf\u00fcr nur die vertikale «Y»-Komponente der Rollenposition, welche exakt einer Sinuskurve folgt:<\/p>\n\n\n\n

    \"Federbein<\/a>
    Die vertikale (Y) Komponente der Rollenposition folgt einer Sinuskurve, bei konstanter Winkelgeschwindigkeit der Kurbel<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Mathematisch kann man das wie folgt formulieren:<\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n

    Und weil der Pr\u00fcfstand gem\u00e4\u00df Voraussetzung mit konstanter Drehzahl<\/strong>, also auch mit konstanter Winkelgeschwindigkeit<\/a> «omega» arbeitet, kommen wir mit <\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n

    auf den zeitlichen Verlauf<\/strong> der Vertikalposition von Rolle, Schlitten und unterem Federbeinauge:<\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n

    Da wir diese vertikale Position nun zu jedem Zeitpunkt «t» kennen, kennen wir auch deren \u00c4nderung<\/strong> innerhalb kleiner Zeit\u00e4nderungen. Mathematisch ist das die Ableitung der Position nach der Zeit – physikalisch entspricht das der vertikalen Geschwindigkeit<\/strong> «vau»:<\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n

    Im Pr\u00fcfstand wird das Federbein folglich einer erzwungenen L\u00e4ngen\u00e4nderung mit einem durch den Pr\u00fcfstandsaufbau vorgegebenen, Cosinus<\/strong>f\u00f6rmigen Geschwindigkeitsprofil und der Amplitude \u00b1r<\/strong> ausgesetzt.<\/p>\n\n\n\n

    Die vertikale Geschwindigkeit von Rolle, Schlitten und unterem Federbeinauge ist im Nulldurchgang der Oszillation maximal, und erreicht in den beiden Umkehrpunkten jeweils den Wert Null (0). Das deckt sich in etwa mit dem eingangs vorgestellten Kraft\/Hub Diagramm. Allerdings ist im Diagramm auf der X-Achse der Hub<\/strong> auf einer linearen Weg-Skala aufgetragen, nicht die Zeit<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

    \""scotch<\/a>
    Lineare Abstufung im Hub (links) entspricht stark nicht-linearer Abstufung in Kurbelwinkel bzw. Zeit (rechts)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Um die als Ausdruck erhaltenen Diagramme (D\u00e4mpferkraft \u00fcber Hub) besser handhaben zu k\u00f6nnen, habe ich sie mit 300 dpi eingescannt und die Kurve f\u00fcr die maximale Zugstufend\u00e4mpfung Pixel-genau (Gimp) auf Mitte der Linienst\u00e4rke ausgelesen und dann in Excel weiterverarbeitet:<\/p>\n\n\n\n

    \"\u00d6hlins<\/a>
    Blau: D\u00e4mpferkraft (Zugstufe) \u00fcber Hub aus Pr\u00fcfstandsdiagramm
    Rot: D\u00e4mpferkraft zeitlich korrekt auf 180\u00b0 Kurbelwinkel zwischen OT und UT verteilt
    Gr\u00fcn: Theoretisch zu erwartender, Cosinus-f\u00f6rmiger D\u00e4mpferkraftverlauf<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Man sieht sehr sch\u00f6n, da\u00df nach Auftragen der Messwerte im tats\u00e4chlichen zeitlichen Verlauf (rote Kurve) die gemessene D\u00e4mpferkraft weitgehend dem theoretischen, Cosinus-f\u00f6rmigen Verlauf (gr\u00fcne Kurve) entspricht. <\/p>\n\n\n\n

    Die gegen\u00fcber der Theorie (gr\u00fcn) scheinbar leicht erh\u00f6hten D\u00e4mpferkr\u00e4fte (rot) w\u00fcrde ich darauf zur\u00fcckf\u00fchren, da\u00df die Drehzahl im Bereich h\u00f6chster Last leicht «in die Knie» geht, und in Folge der tempor\u00e4r reduzierten Winkelgeschwindigkeit geringere Kr\u00e4fte gemessen werden:<\/s><\/p>\n\n\n\n

    Korrektur:<\/strong> die gemessenen D\u00e4mpferkr\u00e4fte summieren sich aus einem Anteil «trockener» Reibung in F\u00fchrungen Dichtungen und Kolbenringen, plus der eigentlich erwarteten geschwindigkeits-proportionalen D\u00e4mpferkraft. Nach Abzug des konstanten Sockelbetrags der trockenen Reibung verbleibt die reine geschwindigkeits-proportionale D\u00e4mpferkraft. Nur diese sollte dem erwarteten Cosinus-Verlauf folgen, was sie mit fast schon erschreckender Genauigkeit auch tut:<\/p>\n\n\n\n

    \"\u00dcbereinstimmung<\/a>
    Die Korrektur der roten Kurve besteht im Abzug der «trockenen Reibungskraft», also gleichm\u00e4\u00dfige vertikale Verschiebung nach unten, sowie der horizontalen Verschiebung der Einzelwerte auf <\/em>korrekte Kurbelwinkelpositionen<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Im Pr\u00fcfstandslauf wurden Maximalkr\u00e4fte von mehr als 4000 Newton gemessen, entsprechend der Gewichtskraft einer Masse von rund 400 kg!<\/p>\n\n\n\n

    Bleibt die Frage, mit welcher Geschwindigkeit die L\u00e4ngen\u00e4nderung des D\u00e4mpfers erfolgen muss, damit derartige Kr\u00e4fte hervorgerufen werden. Hier hilft ein weiteres Pr\u00fcfstandsdiagramm:<\/p>\n\n\n\n

    \"\u00d6hlins<\/figure>\n\n\n\n

    Im obigen Pr\u00fcfstandsdiagramm wird die D\u00e4mpferkraft erst ab einer Mindestgeschwindigkeit von 20 mm\/s ausgewiesen. Klar ist, da\u00df der D\u00e4mpfer bei einer Geschwindigkeit von 0 mm\/s \u00fcberhaupt keine Kraft aus\u00fcbt, und bei sehr geringen Geschwindigkeiten Messungenauigkeiten, z.B. durch Spiel im Pr\u00fcfstandsaufbau) f\u00fcr eine sinnvolle Auswertung zu gro\u00df werden. Ich habe die linearen Kraftverl\u00e4ufe f\u00fcr Zugstufe (unten) und Druckstufe (oben) nach links bis auf den theoretischen Geschwindigkeitswert «Null» verl\u00e4ngert: es bleibt ein Sockelbetrag von jeweils rund 500 N aus trockener Gleitreibung<\/a>, (rot hinterlegt), der zuerst \u00fcberwunden werden muss, bevor sich der D\u00e4mpfer erstmalig bewegt. Die eigentliche Losbrechkraft<\/a> d\u00fcrfte nochmals dar\u00fcber liegen. An der Stelle kommt offensichtlich der eingangs erw\u00e4hnte «Low Friction Kolbenring<\/strong>» ins Spiel. Eine m\u00f6glichst niedrige Losbrechkraft ist f\u00fcr eine feinf\u00fchlige Reaktion eines D\u00e4mpfers vorteilhaft und somit ein Qualit\u00e4tsmerkmal. Allerdings fehlen mir Vergleichswerte anderer D\u00e4mpfer.<\/p>\n\n\n\n

    Auch ohne Vergleichswerte: \u00b1<\/strong>500 Newton, entsprechend einer Gewichtskraft von \u00b1<\/strong>50 kg, kommen mir unerwartet hoch vor. Selbst wenn man ber\u00fccksichtigt, da\u00df bei der Monster 1200S die L\u00e4ngen\u00e4nderung des Zentralfederbeins durch die Schwingengeometrie<\/a> in einem Verh\u00e4ltnis von 1:2.5 mit der Einfederung der Hinterachse gekoppelt ist. Da bliebe immer noch eine Last\u00e4nderung an der Hinterachse von \u00b1<\/strong>20kg, welche alleine durch die Losbrechkraft (bzw. Gleitreibung von Dichtungen, F\u00fchrungen etc.) des D\u00e4mpfers «geschluckt» wird. Kein Wunder, da\u00df die subtilen Wirkungen des Axiallagers<\/a> demgegen\u00fcber unmerklich bleiben 8-( .<\/p>\n\n\n\n

    Zur\u00fcck zur Geschwindigkeit von 300 mm\/s, bei der die Zugstufen-D\u00e4mpferkraft von 4060 Newton gemessen wurde: diese wird mit dem eingestellten Kurbelradius von 14.5 mm bei einer Drehzahl von rund 3.3 Umdrehungen pro Sekunde, entsprechend knapp 200 U\/min erreicht. Mit dieser Kombination aus mittlerer Drehzahl und vergleichsweise kleinem Kurbelradius wird der Pr\u00fcfstand anscheinend nahe seiner Belastungsgrenze betrieben. Diese d\u00fcrfte durch den endlichen Messbereich der Kraftmessdose gegeben sein.<\/p>\n\n\n\n

    \"\u00d6hlins<\/a>
    Arbeitspunkt der D\u00e4mpferpr\u00fcfung, gegeben durch Hub 29 mm (X-Achse) und Drehzahl 3 U\/sec (gelbe Diagonale), ergibt maximale Geschwindigkeit von 0,3 m\/s (Y-Achse)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Zusammenfassung<\/h2>\n\n\n\n

    Lt. Aussage der Spezialisten im \u00d6hlins Service Center:<\/p>\n\n\n\n