Auslassventil per Hand betätigen

[Dekobenutzerveraechter]

Hallo Gemeinde, ich möchte die Nockenwelle zumindest in dem kleinen ganz rechten Lager
in ein Nadellager lagern. Um die Tragfähigkeit des Lagers überschlägig berechnen zu können und
um die Sicherheit der Welle gegen Bruch zu bestimmen wenn sie auf 18 bzw 17 abgedreht wird
benötige ich die Kraft, die über die Kipphebel auf die NW wirkt, wenn die Auslassventile
betätigt werden.
Die Federsteifigkeit der beiden (große und kleine) Ventilfeder ist unbekannt.
Wer von Euch gerade einen offenen Kopf liegen hat wird deshalb gebeten mit beiden Daumen ein
Auslassventil runterzudrücken und die Kraft zu schätzen die dazu notwendig ist. Die Kraft in N ergibt sich aus dem geschätzten Gewicht was ihr mit Euren Daumen drückt mal 10. Ihr Könnt natürlich auch das Gewicht was Ihr schätzt, in die Antworten reinschreiben, aber dann bitte mit Angabe kg.
Bitte lasst Euch
nicht von möglichen anderen Schätzungen beeinflussen.Antwortet mir das was Ihr selbst schätzt.
Natürlich könnte man eine Apparatur bauen und mittels draufgelegtem Gewicht die Kraft relativ genau
bestimmen, aber ich glaube so geht's schneller, halt net so genau, aber damit kann ich leben.

Vielen Dank schon mal an die geneigten Mitmacher!!!

Gruß

Marco

[cb]

Hab zwar eine 600er aber die Werte dürften sich doch gleichen.
habe mit beiden Daumen ein Auslassventil gedrückt und versucht mit etwa derselben Kraft unsere Personenwaage zu drücken.

Ergebnis: bekomme das Ventil mit den Fingern ca. 1 mm gedrückt mit einer Kraft von 103N oder 10,3 KG.
Vielleicht hilfts dir weiter

[Dominik]

Hallo Marco,

ich habe es dir eben mal ausgemessen:


Die beiden Ventilfedern haben zusammen eine Kraft von 17 Nm/mm. Um sie einen cm einzudrücken brauchst du also die Gewichtskraft von 17 kg. Weiß jetzt allerdings gerade nicht mehr, ob das Ein- oder Auslassventil gemessen habe. Habe nicht darauf geachtet.

Übrigens beträgt der Ventilhub ca. 8,5 mm, wenn ich es richtig im Kopf habe (kannst es auch selbst nachsehen. Suchwort: Ventilerhebungskurve).

Allerdings bin ich mir nicht sicher, ob dir die Werte was bringen. Die beschleunigung beim Öffnen ist ja ein vielfaches der Erdbeschleunig. Entsprechend wachsen die Kräfte. Außerdem treten die Kräfte ja ungleichmässig auf. Ich könnte mir vorstellen, dass viel eher diese Frequenz zu einem Ermüdungsbruch o.ä. führen kann, als das die NW unter der Last Ventilfedern abknickt. Aber ich bin kein Maschienenbauer.

Viele Grüße,
Dominik

[Dekobenutzerveraechter]

Die Ventilbeschleunigung der Gasdruck, spez. beim Auslassventil, was also zusätzlich noch mit drauf kommt auf den Kipphebel, werd ich mit einkalkulieren.
Das Programm zur Wellendimensionierung kann die Faktoren für zyklische Beanspruchung mit einkalkulieren. Ein relativ großer Unsicherheitsfaktor den ich noch nicht beseitigen konnte ist das Material der NW. Ich habe recht präzise Möglichkeiten die Härte derselben zu bestimmen und möchte dann daraus RE bzw RM überschlägig bestimmen. Elegant wäre es natürlich wenn mir jemand zuverlässig die genaue Bezeichnung der Legierung nennen könnte. Aber trotzdem erst mal Vielen Dank für die beiden Werte, die ich von Euch bekommen habe.


Gruß


Marco

[hiha]

Also ich bin skeptisch, dass Dir das was nutzt. Vor allem versteh ich nicht, warum Dich nur die Kraft bei 1mm interessiert. Normalerweise dürfte das so bei 200N -250N liegen, aber der Federenddruck ist doch viel entscheidender bei niedrigen Drehzahlen. Bei Enddrehzahl liegt die Kraft auf die Nockenwelle bei einem 8-10fachen, durch die Beschleunigung. Und die veränderlichen Hebellängen des Kipphebels auf der Gleitflächenseite und die daraus resultierenden veränderlichen Hebelverhältnisse tun ein Übriges. Die elastischen Verformungen bezieht Dein Programm dann aber auch mit ein, oder? Kennst Du überhaupt die E-Module der einzelnen Werkstoffe? Besonders die Elastizität der Zylinderkopfhaube?

Wenn Du das wirklich aussagekräftig hinrechnen willst, musst Du schon eine kleine Simulation fahren. Ob das wirklich was bringt?
Ich würd mal schaun, was die Amis da für Nadellager einbauen, und mich daran orientieren.

Die Nockenwelle ist übrigens aus GG40-GG60, also primitiver Grauguss, nitriert.

Gruß
Hans

[omagott]

Hmm,
Ich würd das Nadellager mit Innenring nehmen, da die Welle sicher weder die richtige Härte für die Rollen noch die erforderliche Oberflächengüte hat.
Und beim Lagerbohren bitte dran denken, Nadellager brauchen ein Loch, das mit Untermaß gebohrt ist (übern Daumen 0,02mm), die drücken sich dadurch erst aufs richtige Maß zusammen.
Loctite Lagerkleber ist da also nicht die Lösung...

Gruß,
die Oma

Ps.: Dominik, cooler Meßaufbau...

[Dekobenutzerveraechter]

Vor allem versteh ich nicht, warum Dich nur die Kraft bei 1mm interessiert.

Wieso ein mm? Das versteh ich jetzt nicht.

Warum sollte mich der elastische Bereich von Kiphhebeln, Kipphebelwelle und dem Deckel interessieren? Das bischen was hier durch Hysterese verloren geht muss meiner Ansicht nach nicht einkalkuliert werden. Auch der auf 4-5 mm (von der Gleitflächenmitte aus betrachtet) wandernde Druckpunkt an den Kipphebeln soll vernachlässigt werden. Ich will ja nicht den Kopf nachrechnen oder die elastischen Verformungen in demselben. Ich benötige lediglich einen Anhaltswert für die Last an der NW.

Ach ja nitrierter Grauguss. Hab gerade mal die Fachliteratur (Bargel Schulze Werkstoffkunde, Domke, Tabellenbuch Metall) dazu bemüht, alle möglichen nitrierfähigen Legierungen gefunden. GG40 bzw GG 60 war nicht dabei.
Hans schreib doch bitte mal wer den Grauguss nitrieren kann. In der gängigen Werkstoffliteratur steht das Stähle (hier gehört GG bekanntlich ja nicht zu) nur bis zu einem C Gehalt von max. 0,9% nitriert werden können. Aber das muss ja nichts heissen. Vielleicht gehts ja doch.

[Dekobenutzerveraechter]

Die Idee mit dem Daumen war doch nicht ganz so gut, hab mir die von Dominik erdachte Aufhängung gebaut, diverse Gewichte besorgt, unten dran gehangen und mit der Bügelmesschraube je Gewicht an 4 Stellen den Abstand gemessen. Jetzt hab ich nach der Messung von 2 Federpärchen so an die 60 Werte, die für die Bestimmung der Federkonst. ausreichen sollten. Danke für Eure Info's.

Gruß

Marco

[Dominik]

Cool . Was ist denn das Ergebnis? Ich habe ja vorhin wirklich nur einmal an der Federwaage gezogen und das Ergebnis abgelesen, weil wir die Oma (also die echte jetzt ) besuchen mussten. Hatte nur 5 Minuten Zeit.

@Oma
Hast du nicht einmal die Megacycle-NW von Erik genau vermessen, als du mal zu Besuch warst? Vielleicht findest du den Zettel ja noch und kannst Marco helfen.

Viele Grüße,
Dominik

[Frank M]

verstehe ich das richtig? Du willst ein Nockenwellenlager als Nadellager ausführen und der Rest der Lagerung bleibt Gleitlager?

Ein Freund von mir hat mal sowas ähnliches probiert. Das Aufschwimmen der Welle in den Gleitlagern wurde durch die "starre" Nadellagerung derart ungünstig beeinflusst, dass sie nach nicht mal 100km gefressen haben.

[Dekobenutzerveraechter]

Ich habe mir erlaubt, die Messergebnisse meiner beiden Probantenpärchen hier
zu veröffentlichen, damit
meine Ergebnisse nachvollzogen werden können. Die Messungen ergaben eine
Federsteifigkeit (C) von rund 30N/mm für beide Federn in Parallelschaltung .
Ich unterstelle Linearität von C, da die Ergebnisse auf keine nenneswerte
Progression hinweisen. Bei einer Ausgangslänge der Federn von rund 35mm ergibt
sich im eingebauten Zustand, Länge hier rund 29mm, eine Vorspannung von rund 180N.
Ist das Ventil geöffnet (leider hab ich noch keine genauen Daten für den Auslass-
ventilhub gefunden) ich unterstelle mal 7mm (hab ich am Ventil, gemessen) ergibt sich
für die Federpaarung eine Länge von 22 mm und eine Kraft von 390N mit der sie auf diese
Länge zusammengedrückt wird.
Jetzt geht's zum Kipphebel.
Der Abstand Mitte Einstellschraube(n) - Mitte Kipphebelwelle beträgt (Messschieber)
33,5mm, der Abstand Mitte "Nockenabtaster" - Mitte Kipphebelwelle beträgt ca 27 mm
(Messschieber). Der seitliche Versatz des einen Kipphebelarmes spielt für die Berechung
der Belastung am Nockenabtster!!!!!! keine Rolle (für die Kipphebelwelle schon).
Also Kraft am Nockenabtaster durch den reinen Federdruck (F= 780N*33,5mm/27mm= rund 1Kn)
bei max. Ventilhub.

Jetzt soll die Beschleunigung des Venitls mit in die Rechnung und sorry aber ich kann es
leider nicht ändern, das Ventil wird nur auf einem Teil seines Hubes beschleunigt, sonst
hätte es ja nicht am Ende die Geschwindigkeit Null, sondern würde sich warscheinlich mit
dem Kolben treffen (soviel Spass muss sein). Also Jungs und Mädels bis zu welchem Teil des
Hubes wird das Ventil beschleunigt um dann wieder langsamer zu werden? Die Negativbeschleu-
nigung des Ventiles würde ja die Kipphebel entlasten, was ja gar nicht so schlecht wäre für
unser NW'chen. Aber der kritische Fall ist wohl eher auf der Seite die Hans schon angesprochen
hat. Also dem Teil des Ventilhubes bei dem das Ventil noch echt beschleunigt wird. Ich würde von
dem Vollen Ventilhub mal pauschal die Hälfte für echte Beschleunigung veranschalgen wollen,
oder was meint Ihr soll ich mehr nehmen?

[Dekobenutzerveraechter]

Ja, was muss es denn noch alles drücken unser NW'chen. Ist mir doch beim Überschlagen der zu beschleunigenden Massen glatt der Kipphebel mit Schrauben und Muttern und der Ventilteller durch die Lappen gegangen. Das wird wohl ne größere Geschichte bis ich meine benötigten Kräfte für unser NW'chen beisammen habe. Das MTM vom Kipphebel mach ich experimentell, dazu muss ich erst noch die nötige Apparatur bauen. Also nehmt es mir bitte nicht für übel wenn ich vorerst mal an dieser Stelle unterbreche. Wenn's dann noch jemanden interessiert werd ich zu dem Thema Kräfte an unserem NW'chen) mal einen etwas ausführlicheren Beitrag schreiben.

Bis denn

Marco

[Dominik]

Hallo Marco,
hübsches Projekt.

Die Messungen ergaben eine Federsteifigkeit (C) von rund 30N/mm für beide Federn in Parallelschaltung.

Meinst mit "beiden Federn" du jetzt Innen- und Außenfeder oder das linke und rechte Federpaket? Wenn es lediglich Innen- und Außenfeder sind, würde es ja massiv von meiner Messung abweichen. Habe zwar gestern wirklich nur wenig Zeit gehabt, aber das würde mich schon wundern. Muss gleich noch einmal gucken.

leider hab ich noch keine genauen Daten für den Auslassventilhub gefunden ...

Na, geb' dir halt ein bißchen Mühe . Ich hab's dir doch oben geschrieben . In den Threads zur Ventilerhebungskurve findest du außerdem noch eine Menge interessantes zu dem Thema. Insbesondere über die Beschleunigung.

das Ventil wird nur auf einem Teil seines Hubes beschleunigt, sonst hätte es ja nicht am Ende die Geschwindigkeit Null,

Ja genau. Die Beschleunigung kannst du der Ventilerhebungskurve entnehmen. Die Stelle, an der sich die Steigung am stärksten verändert. Wie du siehst, liegt die Stelle weit am Anfang. Liegt einfach daran, dass man die Ventile ja möglichst ruckartig aufreißen will.

Ich würde von dem vollen Ventilhub mal pauschal die Hälfte für echte Beschleunigung veranschalgen wollen, oder was meint Ihr soll ich mehr nehmen?

So pauschal kann man das leider gar nicht sagen. Sonst könnte man ja die Hälfte der Nocke aus Gewichtsersparnisgründen einfach weglassen . Leider geht das aber nicht .

Bei Nenndrehzahl werden die Ventile tatsächlich ganz zu Beginn der Ventilerhebungskurve katapultartig in die Feder geschossen. Im direkten Anschluss daran beginnt bereits die "Landungphase", in der die Ventile nur noch von der Feder abgebremst und schließlich zurückgedrückt werden. Bei Nenndrehzahl "fliegen" die Kipphebel quasi über die Nockenbahn. Sie setzen erst wieder kurz vor Ende der Kurve auf und werden dann von der Anlauframpe sanft abgefangen. Das findet alles auf den ersten bzw. letzten 2 - 3 mm des Ventilhubes statt. Den Rest der Nocke könntest du einfach abschleifen .

Noch ein paar U/min mehr und du hast übrigens Ventilflattern: Die Ventile folgen nicht mehr der Nockenbahn, springen über die Anlauframpe, landen hart auf den Sitzen und prellen dort.

Bei Leerlaufdrehzahl sieht das natürgemäß komplett anders aus. Da "fliegen" die Kipphebel gar nicht. Die Ventile werden zwar natürlich immer noch zu Beginn des Ventilhubes am stärksten beschleunigt. Allerdings reicht die Beschleunigung bei weitem nicht, um das Ventil gegen die Federkraft 8,5 mm weit anzuheben. Deswegen arbeitet die gesamte Nockenlaufbahn mit.

Aus diesem Grund ist die Nockenlaufbahn im Leerlauf übrigens auch einer viel höheren Belastung ausgesetzt als bei Nenndrehzahl -- auch wenn das viele nicht glauben wollen.

Viele Grüße,
Dominik
P.S.: Ein sehr gutes Fachbuch zum Thema ist übrigens der Apfelbeck. Standardwerk!

[Dekobenutzerveraechter]

Wer die Suchfunktion bedienen kann ist klar im Vorteil.
Genau die von Dir veröffentlichten Kurven hab ich gebraucht.


Gruß

Marco

[Dominik]

Habe jetzt noch einmal nachgemessen: Ich komme auf 16,7 Nm/mm für ein Federpaket (Innen- und Außenfeder). Wenn du mit "beide Federn in Parallelschaltung" 2x Innen- und Außenfeder meinst, passt es ja. Wenn du aber nur das Federpaket für ein Ventil meinst, liegt ein Meßfehler vor.

Viele Grüße,
Dominik
P.S.: Habe die Auslassventilfedern gemessen.