Veren en Demping

Veren

Om een spiraalveer in te kunnen drukken is een bepaalde kracht nodig. De kracht die nodig is om een veer in te drukken, is recht evenredig met de lengte verandering. Een grotere kracht op de veer geeft dus een grotere lengte verandering. In formulevorm: kracht=lengteverandering*veerconstante, of F=Δl*Cveer. Een grote veerconstante staat dus voor een stugge veer, en een kleine veerconstante staat dus voor een slappe veer.

Voor een ideale veer geldt: Cveer = constant. Meestal is dit echter niet het geval. Naarmate een veer verder wordt ingedrukt zullen de spiralen van de veer elkaar gaan raken, waardoor de veerconstante toeneemt en de veer dus een klein beetje een progressieve werking krijgt. Voor een progressieve veer geld dus dat de veerconstante toeneemt naarmate de lengte verandering toeneemt. 

Het juist gebruik van veren is belangrijk voor een goede wegligging van je auto.  Een auto met bijvoorbeeld slappe veren zal meer gewichtsverplaatsing hebben, dit komt omdat slappe veren de auto meer ‘rol’ geeft, dus verder in de veren gaat hangen tijdens de bochten. Bij het accelereren zal de achterkant van de auto ver in de veren zakken, en tijdens het remmen zal de voorkant in de veren ‘duiken’. Dit komt omdat de veren de krachten moeten opvangen die ontstaan door de bewegingen van de auto, en slappe veren verder worden samengedrukt om een zelfde kracht op te kunnen vangen dan stugge veren.  Veren zijn dus niet alleen om soepel over hobbels te rijden, maar hebben dus ook invloed op de balans van de auto.

Over het algemeen kun je zeggen dat slappe veren meer grip geven, en stugge veren minder grip. Dit komt omdat de veren de mate van gewichtsverplaatsing bepalen, zowel links en rechts, als voor en achter.

 

Demping

Demping is nodig om de energie van schokdemper bewegingen, veroorzaakt door hobbels of door ‘rol’ van het chassis, te absorberen. Zonder demping zal de auto ‘stuiterend’ over de weg gaan. Demping absorbeert de energie, terwijl veren de energie ‘opslaan’ bij het inveren, en loslaten bij het uitveren. De demping zorgt er voor dat de overtollige energie geabsorbeerd wordt, en dat de wielen zo goed mogelijk in contact met de grond blijven. Dit betekend ook dat de demping altijd in verhouding moet zijn met de veren. Dus nooit stugge veren met lichte demping, of slappe veren met zware demping!

 

Met de dempingsgraad kun je de snelheid waarmee de dempers terugveren afstellen. Als je een auto met bijvoorbeeld slappe veren en zware demping naar beneden drukt, zal de ophanging langzaam terugkomen in zijn oorspronkelijke stand, en bij een auto met stugge veren en lichte demping zal de ophanging juist snel terugkomen. Dit zelfde gebeurd bij het nemen van bochten: in de bocht krijgt men gewichtsverplaatsing, waardoor het chassis een rolbeweging maakt. Zodra de auto weer recht gestuurd word en de krachten die in de bochten ontstaan verdwijnen, zal het chassis weer terugkomen in zijn oorspronkelijke positie. De snelheid waarmee dit gebeurd is afhankelijk van de demping. De auto met de zachte veren en zware demping zal dus de neiging hebben een bocht te blijven maken. Het zal ook de neiging hebben eerst rechtdoor te gaan terwijl je een bocht in stuurt, de auto reageert dus slecht en traag. De auto met de stugge veren en lichte demping zal juist snel reageren, en een agressief rijgedrag vertonen waardoor de auto moeilijk te beheersen is. Let op dat de demping alleen invloed heeft op de rolsnelheid van de auto, en niet de mate van rol. Om minder rol te krijgen moet je dus je veren aanpassen, en/of anti-roll bars gebruiken.

 

High-speed’ en ‘low-speed’ demping

Hiermee word bedoeld de snelheid van de demperstang  ten opzichte van het huis. De viscositeit(vloeibaarheid) van de demperolie en de grote of aantal van de openingen in de zuiger(piston) bepalen de eigenschappen van de demping.  Bij high – speed demping reageren de dempers anders dan bij low - speed demping, dit heeft alles te maken met de stromingseigenschappen van vloeistoffen. De invloed hiervan is vooral belangrijk voor off-road racers die met hoge snelheid over bulten heen rijden of springen.

Voor een vloeistof geldt, dat deze op twee manieren kan stromen; laminair en turbulent. Een vloeistof stroomt laminair als de ‘filmlaagjes’ parallel aan elkaar stromen(de stromingslijnen kruisen elkaar niet). Dit is het geval als de viscositeit hoog is, en de stromingssnelheid laag. Bij een turbulente stroming zal de vloeistof een wervelend stromingsprofiel vertonen. Hiervoor is meer energie nodig(of wordt meer energie verspilt), omdat er meer wrijving is in de vloeistof. Er zijn verschillende factoren die invloed hebben op de stroming van vloeistoffen. Het Reynoldsgetal geeft een indicatie voor de type stroming, de formule hiervoor is:

 

Re =(ρ.v.d)/η

Re= Reynoldsgetal(dimensieloos)

ρ = soortelijke massa (kg/m3)

v = gemiddelde stromingssnelheid (m/s)

d = inwendige diameter (m)

η = viscositeit(Pa.s)

 

Re < 2300  stroming is laminair

Re > 3000  stroming is turbulent

Laten we nu de werking van een standaard oliedemper bekijken. Als je de demperstang langzaam indrukt zal de demperolie laminair door de gaten van de zuiger stromen, en er zal ook een beetje tussen de zuiger en de wand van het demperhuis stromen. Dit filmlaagje zorgt er voor dat de weerstand tussen het huis en de zuiger zo laag mogelijk is. Als de snelheid van de zuigerstang hoog is zal de demperolie turbulent stromen door de gaten van de zuiger. Zolang de stroming laminair is, is de weerstand die de zuiger veroorzaakt recht evenredig met de snelheid van de zuigerstang. Op gegeven moment zal de stroming overgaan naar turbulent, dit moment is moeilijk te voorspellen, maar is gemakkelijk te voelen. Als de stroming turbulent is voelt dit in de demper aan als of de zuiger vast slaat in de demperolie. 

Dit effect kan handig zijn, maar ook ongewenst. Het kan voorkomen dat je auto op de grond klapt als je land na een sprong van een bult, maar het kan ook er voor zorgen dat je auto stuitert als je met hoge snelheid over hobbels rijd. De juiste keuze voor de demperolie en zuiger is dus belangrijk voor een goede wegligging. Een zuiger met kleine gaten en een lichte demperolie(lage viscositeit), of een zuiger met grote of meerdere gaten met zware demperolie(hoge viscositeit) zal de zelfde werking hebben bij low-speed demping. Het verschil blijkt duidelijk bij high-speed demping. De eerst genoemde combinatie zal snel ‘vast slaan’ vanwege de hoge stromingssnelheid van de dunne demperolie door een klein gat. Bij de tweede combinatie zal de zuiger pas ‘vast slaan’ bij veel hogere dempersnelheden, of zelfs helemaal niet ‘vast slaan’. Dit vanwege de zuiger met grotere of meerdere gaten, waardoor de stroomsnelheid van de demperolie een stuk lager is, en door de hogere viscositeit van de demperolie. De keuze van de demperolie en piston hangt dus voor een groot gedeelte af van het circuit; grote bulten, veel of weinig hobbels, etc.

© 2001 Geschreven door: Eldert van Rijs


De schokdemper

In de schokdemper wordt dus de beweging van de wielophanging afgeremd. Een veer kan namelijk wel de "klappen" opvangen, maar dempt de beweging niet. Het wiel zou dan blijven stuiteren.

We kunnen een schokdemper schematisch voorstellen met:

 

De mate van demping (dempingsconstante) is afhankelijk van de natuurkundige eigenschappen van de vloeistof (zie hierboven), maar ook van de constructie van de demper. Beide kunnen we aanpassen, door een andere demperolie te gebruiken, of door een andere zuiger in de demper te plaatsen. 

We kunen demping onderverdelen in drie "hoofd-stugheden", afhankelijk van de gekozen vloeistof:

Keuze dempingsconstante

Elke demping van een trilling moet voldoen aan de eisen die we aan de demping stellen. De demping door de schokbrekers van een echte auto is waarschijnlijk geen kruipende demping, omdat de carrosorie bij eeen hobbelige weg dan niet snel genoeg naar zijn evenwichtsstand kan terugkeren. we kiezen dan dus voor een lichte of kritische demping. Kruipende demping wordt in de praktijk veel toegepast voor instrumenten in het dashboard van een auto, zoals de benzine- en temperatuurmeters. Bij meetinstrumenten kiezen we een kritische demping, omdat een sterk slingerende meetnaald onwerkbaar is. 

Voor de RC-auto betekent dit dat een licht gedempt chassis dus sneller reageert op stuurbewegingen, en bij een kruipende demping zal de auto traag reageren op stuurbewegingen.

 

De demper-constructie van een echte auto (voor de liefhebber...)

Een schokdemper bestaat in principe uit een cilinder met daarin een zuiger, kleppen(echte auto, bij de RC-dempers zijn dit gaatjes in de zuiger) en een zuigerstang (1). De zuigerstang wordt vastgemaakt aan de auto, de cilinder wordt aan de wielophanging bevestigd.

Tijdens de inwaartse slag stroomt de olie vanuit de onderzijde van de cilinder via de kleppen (of gaatjes) naarboven. Door de zuigerstang is er boven de cilinder minder ruimte. Daardor kan de demper vastlopen. Om dit te voorkomen, is in de cilinder onder de zuiger een scheidingszuiger (2) aangebracht. Daaronder is een gaskussen (3) gevormd, die het groter en kleiner worden van het volume tijders het erken van de demper opvangt.

Het hangt van de fabrikant van het chassis af hoe de demper geplaatst wordt, voor de werking maakt het niet uit wat de boven of onderkant is.