Gedämpfte Schwingungen

Schwabbelnde Brücken

Bis jetzt haben wir die Reibung außer Acht gelassen. Ohne diese schwingt ein angeschubstes Pendel ewig dahin. Durch die Reibung wandelt sich nun aber pausenlos Bewegungsenergie in für uns wertlose Wärme um. Wenn man diese Energie nicht laufend ersetzt, dann nimmt die Amplitude der Schwingung mit der Zeit ab (folgende Abb.). Man spricht dann von einer gedämpften Schwingung. Je stärker die Dämpfung, desto mehr Bewegungsenergie wird pro Zeit in Wärme umgewandelt (F20). Im Extremfall kann man dann gar nicht mehr von einer Schwingung sprechen, weil das Pendel niemals die Ruhelage überquert (Abb. d). Das ist dann ungefähr so, wie wenn du ein Pendel in Honig „schwingen„ lässt.

Vier Schwingungen mit unterschiedlich starker Dämpfung. Bei der stärksten Dämpfung (d) schwingt das Objekt nicht durch die Nulllage.

Schematische Darstellung schlechter (a) und guter Stoßdämpfer (b). Es ist die Bahn eines Punktes der Karosserie eingezeichnet.

Die Federn (Abb.) sollen die Räder möglichst gut auf der Straße halten, indem sie Bodenschläge abfangen. Diese Federn alleine genügen aber nicht für eine sichere Fahrt, denn nach jeder Bodenwelle würde das Auto noch viele Mal hin- und herschwingen (folgende Abb. a). Die Federn sind also keine Stoßdämpfer, obwohl das viele Leute vermuten (F18). Diese liegen innerhalb der Federn (folgende Abb.).

Die Dämpfung für Zug und Druck kann unterschiedlich sein, wenn das Öl jeweils durch ein anderes Ventil strömt. Den Stoßdämpfer und die Feder zusammen nennt man ein Federbein (rechts).

Stoßdämpfer bestehen im Prinzip aus mit Öl gefüllten Zylindern, in denen sich bei Zug oder Druck ein Kolben bewegt. Dadurch wird das Öl durch Ventile von einer in eine andere Kammer gedrückt. Es entsteht Wärme, und die Schwingung wird gedämpft. Deshalb ist die Bezeichnung Stoßdämpfer nicht gelungen, es wäre besser von Schwingungsdämpfern zu sprechen. Diese Dämpfung ist wichtig, um die Fahrsicherheit zu gewährleisten. Schaukelt das Auto zu sehr, verlängert sich der Bremsweg und das Kurvenverhalten wird schwammig.

Die Millenium-Brücke in London

Auch in der Architektur spielt die Schwingungsdämpfung eine Rolle. Die Millenium-Brücke in London musste im Jahr 2000 kurz nach ihrer Einweihung gleich wieder geschlossen werden. Der Grund: Tausende schaulustige Fußgänger versetzten die Brücke in ungewollte Schwingungen. Später wurden unter der Brücke Schwingungsdämpfer eingebaut, die diese Schwingungen fast auf Null reduzierten - die Brücke war allerdings 1 V2 Jahre gesperrt. Einer der höchsten Wolkenkratzer der Welt in Taipeh (508 m) hat in seiner Spitze ein gedämpftes 600-Tonnen-Pendel, das starke Gebäudeschwingungen durch Erdbeben verhindern soll.

Der „Taipeh 101“ war 2003 das höchste Gebäude der Welt. Zwischen dem 88. und 92. Stock befindet sich ein gedämpftes Pendel.