Kurbelwellen Geometrie

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  Hub

  ergibt sich aus der Differenz zwischen
  Wellen Mittenachse und
 
Hubzapfen Mittenachse
  x 2

  Liegt der Hubzapfen 22 mm Desachsiert 
  arbeitet die Kurbelwelle mit 44 mm Hub

  Längerer Hub erzeugt per Hebelgesetz höhere Kraft 
  Leider erzeugt der selbe Vorgang höhere Wuchtkräfte
 
  Im Detail zieht es längere Pleuel nach sich und legt diese
 
  Pleuel Massen  auf größere Umlaufbahn.
  
 
Im Ergebnis steigt die Kraft + Leistung nicht Linear sondern 
 
wird zu Anteilen Ausgebremst
  Mit längeren Hub steigt die mittlere Kolbengeschwindigkeit
 
  was Mechanik höhere Belastung bzw. Gegenkraft
 Beschert
  Unendliche Steigerungen sind nicht Möglich 
  Orientierung am Quadrathub ist kein Muss aber dennoch

  ein guter Richtwert


  Pleuellänge

  Abstand zwischen den Mittelpunkten der Augen

 

  Längen sind mit absoluter Vorsicht zu wählen
 
Nur das was unbedingt mechanisch benötigt wird
  "Überlänge" bringt fast nur Nachteile an Bord.

  Zum höheren Gewicht das nach Ausgleich sucht

 
steigt die Biegebeanspruchung die wiederrum 
  Verstärkung sucht und in noch mehr Gewicht mündet

  Das Kurbelraum Volumen wird Gesteigert 

  das den Füllgrad senkt.

 


 

  Pleuel oben geführt
  Einfache kostengünstige Bauweise

 
für Serie und einfache Tuning Stufen

- benötigt oben Anlaufscheiben aus gehärteten Material
  Unten keine Anlaufscheiben
- Seitenführung am oberen leichten Pleuelauge
- Belastung auf Pendelbewegung, nicht Kreisbewegung
- starke Querbelastung in jeder Kurve vom schweren unteren

  Pleuelteil ausgelöst

- benötigt ebene Planflächen innen am Kolben
 
ansonsten reibt sich der Kolben in die gehärteten
 
Anlaufscheiben inkl. Hitzeentwicklung
- benötigt keine Planflächen innen an den Hubwangen
 
Dort wird jedoch ausreichend Platz für Pleuel Seitendrift
  benötigt sonst geht das Pleuel in Wangenkontakt und führt

  zum Glühen

  Mittenausrichtung der KW hat hierzu große Bedeutung
- Seitenschmierung am oberen Pleuelauge erhöht 
  die Haltbarkeit
  Am unteren Pleuelauge nicht Erforderlich


  Pleuel unten geführt
  Aufwendigere Bauweise
  für Serie und höhere Tuning Stufen

- Seitenführung am unteren schweren Pleuelbereich
  quasi direkt an der Quelle
- Belastung auf Kreisbewegung, nicht Pendelbewegung
- vom leichten oberen Pleuelteil wird nur geringe

 
Querbelastung ausgelöst
- benötigt unten Anlaufscheiben aus Weich Material
  das keine Späne bildet ( Bronze )
 
Silberbeschichtung dient kurzzeitig Grenzbereiche
  Stabilisieren. Silber nutzt sich innerhalb weniger Kilometer ab

 
und stellt deshalb keine Dauerabsicherung
  Gleiches für Nadelkäfig
  Oben werden keine Anlaufscheiben benötigt

- benötigt keine Planflächen innen am Kolben
- benötigt Planflächen innen an den Hubwangen
  Mittenausrichtung der KW hat hierzu geringe Bedeutung
  weil das obere Nadellager Überbreite besitzt und

 
Ausgleich schafft
- Seitenschmierung am unteren Pleuelauge erhöht 
  die Haltbarkeit
  Am oberen Pleuelauge nicht Erforderlich


  Die vorhandene Führungs Art gibt Auskunft für welchen Einsatz Zweck die Welle bestimmt ist
  Im Wesentlichen lässt sich Unterteilen in Sport und Alltag

  Die Führungsart
hängt direkt mit starke Kurvenwechsel zusammen weil Pleuel in jeder Kurve Lageveränderung durch machen
  und sich seitlich Abstützen wollen und müssen. 
  Im Rennsport sind Kurvenwechsel natürlich Intensiver.  

 
Deshalb gedenkt man hierfür Untenführung an weil sie am großen Auge ansetzt und die große Masse führt. Geringe Kippkraft
  Schmiertechnisch bestehen zwischen beiden Führungsarten weder Vor noch Nachteile. 

 
Gefährlich wirds wenn keine der beiden Führungs Arten vorhanden ist
  Das bedeutet Zwangsläufig das Stahl auf Stahl reibt. Pleuel auf Wangen
  Das erzeugt Hitze und Ausglühen des Nadellagers. Defekt und Ausfall melden sich alsbald in Kürze je nach Kurvenfahrt
  Die Bauart Pleuelstahl auf Wangenstahl wurde Vereinzelt im Serien Bereich angewendet und hat dort für Dauer Reparaturen

 
gesorgt. Im Tuning Bereich kann es geradewegs als Konstruktionsfehler gestuft werden


  KW Rundlauf

  KW Rundlauf wird mit Messuhren hergestellt
  Kurbelwellen sind aus Einzelteile zusammen gesetzt
  Diese Teile müssen sich als Einheit wie eine
  feste Welle verhalten
  Dazu zählt Rundlauf der kleinere Abweichung haben soll
  als die Lagerführung Spiel hat 
  Abweichung 0 bis 0,03 mm sind Angestrebt 
  ( Altgediente Motoren mit 0,3 mm Abweichung wurden 
  Gesichtet und liefen 70 Km/h mit 60 km/h Zulassung ) 
  Dennoch, Neu sind 0 bis 0,03 Angestrebt

  Zum Rundlauf messen gibt es 2 Methoden

  A) Dorn Aufnahme an den Wellen Enden
       mit Messung an den Wangen

 


  B) Prismen Aufnahme nahe der Wangen 
       mit Messung nahe den Wellen Enden

  Beide Mess Methoden haben Ihre Berechtigung
  sowie eigene Vor und Nachteile

  In Methode A liegen Wellen Aufnahmen und Messpunkte 
  weit auseinander. Mit der weiten Distanz zueinander 
  reagieren die Messuhren Feinfühliger und Genauer
  Die Dornaufahmen an den Wellen Enden müssen sauber 
  und Unbeschädigt sein und dürfen die Welle
  nicht zusammen drücken

  In Methode B liegen Wellen Aufnahmen und Messpunkte 
  enger zusammen. Ca. halb so weit als in Methode A
  Die Gewinde Enden können nicht für Messuhren dienen
  Mit der geringeren Distanz reagieren die Messuhren etwas
  Gröber  bzw. Verschluckend
  Die Wellen Auflage wird auf Flächen erreicht die zueinander 
  exakt ausgerichtet und sauber sein müssen.


  Manche Hersteller verwenden hydraulische Vorrichtungen welche die Wellenteile fassen, zusammen setzen
 
und der KW einige Umdrehungen geben. In diesem Lauf richten sich Wellen quasi selbst aus. Sekunden Sache
 
Für den Heimgebrauch müssen es Uhren und Schmackes machen.
 
Je nach angezeigten Uhren Ausschlag werden Wellen Gerichtet
 
Das erfolgt mit Kupferhammer der ca. 500 Gramm Gewicht hat
 
Weil Kupfer Weich und Schwer ist wird die benötigte Wucht erzeugt ohne auf der Welle Abdrücke einzuschlagen
 
Geschlagen wird immer auf die Wangenpunkte welche die Messuhren mit Positiv Werte anzeigen
  Für Ungeübte der Hinweis

  Beim Schlagen mit Kupferhammer immer die Welle so halten das keine Hand getroffen wird.

  Sorge für Plan B falls die Welle aus der Hand fällt damit sie nicht hart landet

 
Verscherungen der Wangen bremsen Drehzahlen aus und riegeln ab. Der Motor zeigt spürbare Vibrationen
 
Die KW Lager führen hierbei Energie Vernichtung aus. Hohe Bruchgefahr für Rotor und Wellenstumpf.
 
Als Begleiterscheinung können die Wellendichtringe nicht mehr korrekt Dichten 
  womit der Auspuff auch bei heißen Motor blaue Rauchwolke zeigt
  Unfluchten, also Abweichungen längs zum Hubzapfen fallen allgemein deutlich geringer aus. 

 
Auch hierbei vernichten KW Lager Energie.


  KW Verscherung Richten

  Verscherung entsteht beim Zusammenbau  
  Dabei handelt es sich um eine Verdrehung der Hubwangen  
  um den Hubzapfen herum.  
  Die Messuhren zeigen das über die 90° Position zum  
  Hubzapfen an. Zum Beseitigen der Verscherung wird die   
  Hubwange an der überstehenden Stelle 
  mit Kupferhammer angeschlagen. Dann erneut Messen und  
  Wiederhohlen bis Rundlauf hergestellt ist

  Verscherung kann auch im Fahrbetrieb auftreten wenn zB.  
  schnelles Schalten +
Kuppeln zu Ruckbelastung führt.   
 
Dabei ist die Schwungmasse der Zündung in voller  
 
Drehzahlbewegung während die Kupplung schnell in Eingriff  
  geht.  So entsteht ein Scher Ruck durch die gesamte Welle
 
Verscheren gegen zu wirken wird die Hubzapfenpassung 
  Enger  bzw. Strammer gewählt. Das hat allerdings Grenzen 
 
weil ab einer bestimmten Presskraft die Aufnahme 
  des Hubzapfens in den Wangen verletzt wird. Damit sind 
 
solche Wellen meißtens nicht Regenerierbar 
 
Als guter Weg hat sich Aufchromen erwiesen.  
 
Sprich verletzte Aufnahme in den Wangen Aufchromen  
 
und neu Plan Schleifen. Chrom bringt hierzu mehr als 
  a
usreichende Resistenzhärte mit.
 
Ist ca. 15 x Härter als der gehärtete Wangenstahl 
 
Gleiche Methode kann auch für eingelaufene Lagersitze 
 
eingesetzt werden


  KW Unflucht Richten

  Unflucht entsteht wenn eine oder beide Hubwangen
  Unterschiede in der Hubhöhe haben.
  An sich ein fieses Ding aber nicht Unlösbar


 
  Für Ausgleich von Unflucht lässt sich ein Kupferhammer

 
kaum verwenden.
  Hierfür können Wangen zusammen pressen oder auch

 
auseinander Hebeln dienen. 
  Die Werte sollten ideal zueinander Vermittelt werden damit
  beide Wellen Seiten je ca. die Hälfte des Betrages haben
  So wird aus 0,01 Abweichung Beidseitig je 0,005. 
  Im widerspenstigen Fall sollte der Rundlauf der KW Seite
  Vorrang gegeben werden welche die Lichtmaschine trägt.


 Im Simson Werk wurden Hubwangen in speziellen Vorrichtungen einzeln Ausgemessen 
 
um so deren Passgenauigkeit zueinander zu bestimmen
 
Dabei wurde darauf geachtet das beide Wangen keine Abweichungen in Richtung Hubhöhe aufweisen.
 
Die Teile wurden nachfolgend mit Farbpunkte versehen und als Paar behandelt
 
Die Farbe hat dabei einer bestimmten Toleranzgröße entsprochen.
  In heutigen Zeiten gibt es solche Schritte nicht, wird Übersprungen

  Die Meißten haben solche Messvorrichtungen nicht bzw. nie davon gehört.

  Wer sich die Vorrichtungen anschauen möchte, hier noch vorhanden.
  Es wird angenommen das die Wangen Herstellung exakt erfolgte

 
Sollte dennoch ein Versatz vorliegen zeigen es die Uhren mit Längslage zum Hubzapfen an.
  Abweichung treten auch in Richtung Verscherung auf. Nur das diese ganz einfach auf Null zu setzen gehen

 
Noch der abschließende Hinweis
Wird aus dem Genannten verstanden das Hammer und Schlagschrauber nichts an Kurbelwellen zu suchen haben ?
  Lösen und fest ziehen von Muttern erfolgt immer mit direkten Gegenhalt nahe der Mutter.

 
Niemals auf der KW Gegenseite
 
So easy die Idee sein mag einen Motor bequem mit Schlagschrauber zu starten,
  so Töricht ist die Idee.

  KW Wuchtung

  KW Wuchtung ist der Massenausgleich per Gewicht

  Pleuel stellen eine bewegliche Verbindung zwischen
  Kolben und Kurbelwelle her
  Der obere Pleuelbereich folgt den Kolben Bewegungen
 
Oszillierender Bereich
  Der untere Pleuelbereich folgt der Drehbewegung
 
Rotierender Bereich
  Beide Bewegungsrichtungen Mischen und
  Überlagern sich im Pleuel und verändern sich im Laufe 
  einer 360° Drehung
  In den OT und UT Positionen übernehmen Kolben und Pleuel
  Oszillierende Bewegung mit Abbremsen
 
Stoppen, Umkehr und Beschleunigung
  In den 90° Positionen arbeiten die Pleuelanteile

  entsprechend im rotierenden Modus 

  von Kraft Aufnahme zu Kraftabgabe

  Wegen der fließenden Vermischung und ständiger Umlastung

  ist es schwer, Kurbelwellen eine eindeutige Wuchtung

  bzw. Gewichtsverteilung zu geben
 
Die eine Richtige gibt es hierzu nicht. Nur die mit besten
  Kompromiss passend zum Motor Charakter


  Unwuchten erzeugen Vibrationen. Diese werden von puffernder Motoraufnahme vom Fahrwerk fern gehalten
  Bei Motor Starreinbau wie zB. Schwalbe leider nicht

  50:50 Wuchtung

  Ziel der Bemühung ist hierbei, das die Welle mit Kolben
  bestückt möglichst gleich verteilte Massen besitzt
  Also keine Position mit Übergewicht
  Dabei bilden Pleuel und Kolben gleiche Gewichtshöhe
  zur Kurbelwellen Gegenseite. Ballance.

  Dazu wird die Welle mit Kolben bestückt
  und auf 2 eben ausgerichtete Schienen gelegt
  Beim Rollen sollte die Welle keinen wiederkehrenden
  Auspendelpunkt einnehmen sondern ständig andere
  Positionen

  Wichtig im Detail ist zu wissen, das 1 Zylinder Kurbelwellen nahezu Unmöglich zu absoluter Laufruhe zu bewegen sind. 
  Auch nicht in exakter 50:50 Wuchtung
  Das liegt daran das Anteile oszillierende Massen in Überschneidung mit rotierende Massen liegen.
  Erst mit Mehrzylinder Kurbelwellen kann in sich annähernde Aufhebung und damit höhere Laufruhe erreicht werden

  Wichtig zu wissen ist auch, das Motoren mit längs zur Fahrtrichtung arbeitende Welle eher zu 50:50 Wuchtung tendieren 
  als Wellen die quer zur Fahrtrichtung arbeiten
  Im 2 Rad Bereich und Simson arbeiten Wellen quer zur Fahrtrichtung womit hier Abweichungen Verzeihbarer sind

  Die Zylinder Neigung dient vorrangig bei Luftkühlung Kühltechnisch
  Sie spielt auf den Kurbeltrieb nur eine Nebenrolle da sie den internen Mechanik Hauptbereich nicht an sich Ändert
  OT und UT Positionen bleiben erhalten und neigen sich jeweils mit. 
  Somit bleiben auch Ungleichheiten zwischen OT zu UT gegenüber den 90° KW Positionen erhalten.

  Ist 50:50 Ausgleich generell anzustreben ?  Nicht Wirklich
  Leider sind besonders Genau Nehmer schwer aufs Gesamt KW bzw. Motor Feld zu Verständigen
  Hilfreich sind hier tiefere Einblicke


KW Wucht Ausgleich

  Bevor es direkt zum KW Wucht Ausgleich geht ist ein Hinweis Angebracht 
 
Weil er so simpel wie einfach dennoch in vielen Tuning Projekten schlicht übersprungen wird
  Ein wichtiger Grundsatz lautet:

  Das beste Pleuel und Kolben Gewicht hat 0 Gramm

  Rein Mechanisch ist das die Bestlösung. Nur trifft leider die Praxis nicht diesen Wert weil jedes Material Gewicht hat. 
  Im Bestreben für geringes Gewicht werden Kolben aus Alu Gefertigt und sind Hohl
  Kolbenbolzen werden leicht gehalten und sind Hohl
  Pleuel kommen dem Ansinnen ebenfalls etwas nach und bleiben dabei nahezu immer Überdimensioniert
  Deshalb liegen in dem Bereich noch enorme Reserven. 
  Besonders Bedeutsam ist die Lage betreff größeren Hubraum mit längeren Hub und Pleuel. 
  Oft gibts Schnellgriff zu Pleuel X um Zylinder Y auf Motorgehäuse Z zu bekommen + Verkauf schnell starten
  Wer bei allen Arbeiten im Kopf behält das ideale Gewicht beträgt 0 Gramm der orientiert sich in die richtige Richtung

  Gewichtsausgleiche werden auf 2 Arten geschaffen
  A)  Im Ausgleich Prinzip mit Aufstocken von Masse auf der Gegenseite

  B) Im Vermeidungs Prinzip mit Verringern der Masse auf der übergewichtigen Pleuelseite

  Ausgleich schaffen beide Methoden

  Methode A ist am Gebräuchlichsten für alle Nutzungen bei denen Kolben und Pleuel eingebaut werden wie Vorliegend.
 
Vorrangig im einfachen Fahrzeugbau bzw. für einfaches Tuning. Dabei steht Leistung Untergeordnet
 
Massenausgleich wird durch Aufstockung und somit Gesamt Gewichtszunahme erreicht
  Höheres Gewicht bedeutet Massen Ausgleich aber zugleich trägere Massen = verzögerte Beschleunigung

  Methode B ist die Sportlichere und hat für Sportzwecke Vorrang
  Um zB. 30 Gramm Übergewicht eines größeren Kolbens Auszugleichen ist es der bessere Weg diese 30 Gramm 
  ideal am Kolben selbst und am Pleuel abzutragen. Als Drittpunkt steht die KW auf der Pleuelseite zur Verfügung
  Beispiel:

  Bei Simson wurden mit Einführung der S70  4 Anschrägungen Pleuelseitig auf die Hubwangen gebracht

 
Damit war der größere schwerere Kolben Ausgeglichen
  Diese Art lehnt sich ans Vermeidungs Prinzip an

  Die Pleuel Bauart konnte hierzu unverändert Kostensparend übernommen werden. Ebenso die KW an sich

  Vielen scheint es leichter zu fallen nahezu geradewegs die KW Gegenseite aufzulasten. 
  Ganz leicht fällt es wenn Hubzapfen hohl sind die sich recht schnell und einfach durch Vollmaterial ersetzen lassen

 
Schwieriger wirds wenn vorhandene Massen zusätzliche Aufstockung benötigen.


  Mit dieser voran gesetzten "Einleitung" gehts nun ans Eigentliche
 
KW Wucht Ausgleich
  Für alle die nicht gerne Rechnen ist hier der Punkt zu sagen das es ohne leider nicht geht


 1. Schritt Pleuel wiegen
  - Kurbelwelle eben auflegen
  - Oberes Pleuelauge auf Waage legen
  - Pleuel waagerecht ausrichten ( blaue Linie )
  - Pleuel Gewicht notieren

  Beispiel 40 Gramm


  2. Schritt Kurbelwelle Auspendeln
  - Kurbelwelle ohne Kolben auf 2 ebene Schienen auflegen
    Nadellager und falls Vorhanden Scheiben für Obenführung

    mit Anbringen
  - in oberes Pleuelauge Gewichte Einhängen
    zB. mit Hilfsmittel Draht + Muttern

    So lange Gewichte Einhängen bis die Kurbelwelle
    beim Rollen keinen wiederkehrenden Auspendelpunkt
    einnimmt sondern ständig andere Positionen
    Es darf sich keine Position mit Übergewicht zeigen

  - Einhänge Gewicht mit Draht entnehmen und wiegen
    Wert notieren

  Beispiel 100 Gramm


  Fortsetzung folgt


  Desachsierungen

  Den Meißten fallen diese nicht auf.
 
Auch manchmal nicht wenn Jahrelang mit Motoren
 
gearbeitet wird 
  Dennoch sind Desachsierungen Bestandteil im Motorenbau

  Hierzu zählen

  A) Desachsierter Kolbenbolzen im Kolben
  B) Desachsierte Kurbelwelle im Motorgehäuse

  A wird Vorrangig für Laufruhe bzw. Stabilität eingesetzt
  Damit werden dynamische Kipp Bewegungen des Kolbens

  beruhigt. Kolben legen sich vorrangig an der Wandung an

  welche dem aktuellen Pleuelstand gegenüber liegt

 
Folglich wechseln Kolben ihr Anlegeverhalten 
  2 x je KW Umdrehung. 

  1 x in OT Position und 1 x in UT Position

 
Da Kolben im Abwärtshub Kraft verrichten legen sie sich
  somit im OT Bereich stärker an

 
Als "Kräfteausgleich" kann somit desachsierter 
  Kolbenbolzen dienen und Laufruhe fördern

  B wird im Hinblick auf höhere Effizienz angewendet
 
Befindet sich das Pleuel zur KW in 90° Stellung wird
  Mechanisch die größte Kraft übertragen. 

  Nur ist das Naturgemäß nicht die Stellung die im Nutzhub
  zwischen OT und Auslass öffnen anliegt

 
Mit Desachsierung wird die 90° Pleuelstellung näher an den
  Nutzhub Gebracht und so aus gleichen Hubraum höhere

  Leistungsabgabe erreicht

 
Bei Simson sind Kurbelwellen um 2 mm nach hinten
  Desachsiert. 

  Sie liegen damit 2 mm hinter der Zylinder Mittenachse.
 
Es ähnelt indirekt der Wirkung längerer Pleuel.
  Jedoch nicht mit deren Nachteil höhere Masse und 
  größeres KW Raum Volumen
  
 
Achtung,
  mit Desachsierung verändern sich interne Zeitabläufe.

  Während der Kolben im Abwärtshub Tempo X auf die KW

  vorgibt, erfolgt im Aufwärtshub eine Zunahme von Tempo X

  Der Kolben arbeitet damit in unterschiedlichen

  Geschwindigkeiten was Abwärts Auslass + Spülen betrifft

 
gegenüber Aufwärts Einlass
 
Mit der zeitlichen Veränderung bzw. Tempo gehen somit
  Änderungen auf die Steuerdaten einher.

 
Festhalten lässt sich:
 
Der Einlass arbeitet mit größerer Kolbengeschwindigkeit
  als Auslass + Spülen. Als Nebenwirkung ist hierzu kräftigere

  Entfachung auf die Einlass Säule zu nennen.

  Prüf Methode  

  Eine alte aber gut bewährte Simson Prüfmethode
  kann jeder zu Hause selbst durchführen. Es ist quasi die
  Suhler Methode die auch in Werkstätte Anwendung fand
 
Ob nun neue oder alt gebrauchte Welle
 
Die Methode gibt Auskunft ob Pleuellager Verschlissen sind
 
oder zu viel Spiel haben

  Die Welle wird am oberen Pleuelauge mit der Hand gefasst. 
 
Die Welle ist dabei wie im Bild frei Hängend
  Nun wird mit der anderen Hand auf die

 
haltende Hand geschlagen.
 
Macht die Welle dabei "Musik" ist in aller Regel die
  Nadellagerung Verschlissen bzw. mit zu großen Spiel.

  Ist die "Musik" auch noch mit geölten Nadellager Hörbar

 
waren Simson Wellen Reif für eine Überholung mit neuen
 
Pleuelsatz.
 
Waren..... das Wort ist trefflich Gewählt 
 
Leider fallen im Test heutige Kurbelwellen aus Import
 
größtenteils bereits neu durch.
 
Auch teuerste Tuning Wellen fallen durch diesen Test und
 
zeigen damit das die Herstellung viel Billiger war als der
  Verkaufspreis andeutet und Werbung verkündet.

 
Bei allem hinterher Laufen nach Tuning Wellen aus
 
besten Quellen sollte nicht vergessen werden
  d
as viele Tuningwellen neu soviel Spiel aufweisen was
 
DDR Wellen nach 30000 km erreichten.
 
Neu und doch schon alt

 

 

Grüße aus Suhl