Nockenwelle -Kipphebel???

Hi,
habe mal ein Jahr lang eine 2J4 Nocke mir 48T Hebeln gefahren, lag gerade so rum und es war eillig... Naja, nach einem Jahr wieder auseinander und gegen bessere Teile ausgetauscht, da waren richtig Stücke aus den Nocken rausgebrochen. Z.T. 3x5mm groß.

Ich würde das lassen und mir lieber eine "gute" Nockewelle oder Hebel vom Arpi holen.

Grüße, Marc

Zitat

Original von Silbertraum
An der Nockenwelle findet sich nur an der Auslaßnocke Verschleiß,also dort wo wenig oder keine Ölschmierung stattfand.

Hat damit aber weniger zu tun, sondern mehr damit, dass die Auslassnocke gegen den Kipphebel "schiebt" was scheinbar ungünstiger für den Verschleiss ist. Auch bei "nur auslass schmierung" ist der Verschleiss am Auslassnocken/-hebel (i.d.R.) grösser.

Zitat

Der Verschleiß ist dort am größten,wo am meisten Kraft entsteht,also kurz vor der "Bergspitze".

Das ist drehzahlabhängig. Im Leerlauf ist es die Bergspitze und kurz davor, bei höheren Drehzahlen ist es der Anstieg wo er am steilsten ist, die Spitze ist entlastet. Der Leerlauf kann eine Nocke mehr schädigen wie hohe Drehzahlen, was auch mit der grösse der aufeinanderpressenden Radien zusammenhängt. Ein grosser Radius verträgt Druck.

Zitat

Diese Kraft wirkt gleichermaßen stark auf die Gleitflächen der Nockenwelle und des Kipphebels.

Ja, aber was sagt das aus? Die Kraft allein macht noch keinen Verschleiss, die Gleitgeschwindigkeit spielt erheblich mit.

Zitat

Der Verschleiß der Nockenwelle ist größer als der des Kipphebels.
Das läßt auf eine unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheit der Gleitflächen schließen.

Der Verschleiss an den Hartchromkipphebeln ist kleiner als an der Nockenwelle, bei Hartgusskipphebeln eher gleich bis andersrum.
Die Oberflächenbeschaffenheit ändert sich sofort nach inbetriebnahme und pendelt sich auf eine werkstoffspezifische Rautiefe ein. Manchmal sind harte Werkstoffe im Betrieb rauer ohne mehr zu verschleissen.

Zitat

Theoretisch würde ich sagen,die Materialien der Gleitflächen von Kipphebel und Nockenwelle sollten
von gleicher Beschaffenheit sein.

Die tribologie ist dermassen komplex, dass man bis heute auf empirische Materialauswahl (also aufs ausprobieren) angewiesen ist, man versteht noch nicht einmal die Grundzüge warum manche Werkstoffe miteinander können, andere aber nicht. Nur sehr wenige Reibpartner laufen gut
auf Ihresgleichen, die besseren Reibpaarungen gibt es auf unterschiedlichen Werkstoffen. Weiss erstarrter Grauguss, womöglich noch nitriert, hat zusätzlich noch gute Notlaufeigenschaften, und kann gut mit Hartchrom.
Hartmetalle wären fein, sind aber recht schwer, was für Kipphebel ein Nachteil ist, ausserdem sind sie recht teuer und lassen sich nicht einfach bearbeiten. Es gibt tausende von Reibpaarungen, wenig ist in der öffentlich zugänglichen Literatur zu finden. Moderne Beschichtungen ergeben teilweise überraschende verbesserungen.
Was ausserdem noch entscheidend ist, ist die Grundhärte des Materials sowohl von Nocke als auch von Abnehmer. Die Flächenpressungen können auch bei unseren Bauernmotoren auf über 2000N/mm² ansteigen. Wenn z.B. bei Stahlnockenwellen der Stahl unter der harten Nitrierschicht plastisch nachgibt, ist's aus mit der Laufqualität, und die Nocke stirbt anschliessend auch bei dann kleineren Belastung innerhalb weniger Minuten.
Auch die geometrische Form der Nocke, also der kleinste Radius (der sich ja aus der Erhebungskurve im Zusammenspiel mit der Kopfgeometrie ergibt) beeinflusst die höchstzulässige Pressung.
[quote]
Widerspruch ist erwünscht.
[/qoute]
Ich will aber nicht Schulmeistern, sondern nur Erklären oder Richtigstellen. Also nicht Maulen !

Gruß

Hans

@Silbertraum
Der rei97 hat recht.
Gehen wir mal davon aus, dass die originale Ventilerhebungskurve eine Verzögerung an der kurvenspitze von 3000m/s² und einer maximalen Beschleunigung von 7000m/s² an der steilsten Flanke der Kurve bei 4000/min (nockenwellendrehzahl) hat, (das hat sie, soweit ich mich erinnere) und die oszillierende Masse des Ventiltriebs, also Ventil, Keile, Federteller, die halbe Masse der Federn und das Trägheitsmoment des Kipphebels in Masse umgerechnet ca. 200g ist.
Wenn Du jetzt noch den Apfelbeck zur Hand hast, (hab ich grad nicht) kannst Du sowohl den notwendigen Federdruck ausrechnen, den Du brauchst dass alle Teile in ständigem Kontakt bleiben (mindestens 20% sicherheit dazutun) als auch den Druck auf den Kipphebel beim Anheben des Ventils. Am Auslass kommt noch der Restgasdruck dazu, der, wenn man der Literatur glauben soll, 30-50N/cm² beträgt (das Auslassventil hat ~12cm², macht also zusätzliche 36-60kg). Du wirst finden, dass der Federdruck an der Nockenspitze (original ca. 850N) das kleinere Belastungsproblem darstellt, und mit steigender Drehzahl kleiner wird. Im selben Verhältnis wird der Flankendruck grösser.
Das "schieben" gegen den Kipphebel bedeutet, dass die Nocke gegen den Drehpunkt des Kipphebels drückt, während sie beim Einlass vom Drehpunkt wegzieht. Musst Du Dir aufzeichnen, ich kanns nicht besser erklären.

Ich lege Dir den Apfelbeck ans Herz, da steht einiges über Ventilerhebungen und Werkstoffe drin.

Noch ein Wort zur Materialpaarung: Man versucht standardmäßig die Reibpartner aus verschiedenen Werkstoffen herzustellen, das hat nix mit der Belastung zu tun. Versuch doch mal was über Tribologie zu bekommen, (nicht einfach) ich such auch noch mal in meinen .pdf's ob ich was hab.

@rei97
Die Ausbrüche auf der Nockenwellenfläche kommen durch Überlastung, das gleiche wie Pitting an den Zahnrädern. Die Werkstoffgrundhärte ist zu gering, es kommt zu Dauerbrüchen auf der Oberfläche. Man kann das durch einen stabileren Ölfilm vermeiden, weil der den Druck besser verteilt und dadurch druckspitzen abbaut, oder durch grössere Radien der sich berührenden Teile die herzsche Pressung vermindern.
Härtere Werkstoffe haben nicht grundsätzlich gute Laufeigenschaften, (wie ich bei meinen ersten selbstgefrästen Nocken feststellen musste) sie zeigen dann andere Verschleissbilder. Die besten Laufbilder die ich bisher gesehen hab, waren eine Grossewächter-nockenwelle auf Hartblock-kipphebel. Der GW tut (ausdruck!) seine Nockenwellen nach dem Umschleifen Flamm/induktiv/sonstwie härten, und vielleicht sogar zusätzlich noch nitrieren. Die Oberflächen sind schön hart, und laufen auch im Rennbetrieb spiegelglatt mit den Kipphebeln ein.

So, genug geschwafelt. Ich such jetzt Literatur.

Gruss
Hans

auch immer wieder gerne gelesen: der Hiha

P. (da meine ja sogar ich, dass ich was davon begreife )

Hallo!

Strenggenommen arbeitet im SR Kopf ein KIPPHEBEL und ein SCHLEPPHEBEL.

Kipphebel sind konstruktionsbedingt einfach mit Nachteilen behaftet, der Verschleiß ist hier größer und es sollen weniger "drastische" Nockenprofile als bei Schlepphebeln möglich sein. Deshalb sind Kpphebel eigentlich schon länger aus der Mode gekommen.

Alle moderneren Motoren, die noch keine Tassenstössel haben sind fast ausschließlich mit Schlepphebeln ausgestattet z.B. Suzi GSXR 1100 ölgekühlt, frühe Kawa ZXR 750 u.a. -wenn das kein Hinweis ist!??!

Das Maximum an möglichen Ventilbeschleunigungen soll angeblich der Rollentassenstössel ermöglichen. Beim Dragracing werden übrigens sehr oft Rollenschlepphebel verwendet, ob das jetzt auf andere Motoren übertragbar ist, ist fraglich, da ein V 8 eben doch ein anderes Drehzahlnivou hat, als sonstwas.

Ciao
Spity

PS:...........kann das Rad noch neu erfunden werden?.......eigentlich müsste die Lösung und Materialpaarung die sich zB. in einer R 1 findet schon ziehmich optimal sein oder?

@ hiha:
Den mit den von dir angegebenen Daten nötigen Federdruck rechnen wir ohne Apfelbeck, aber mit Newton (F = m*a, Kraft = Masse * Beschleunigung) ganz einfach so aus: 3000m/s² * 0,2kg = 600N , mit den 20% Sicherheit also 720N, was ca. 73kp entspricht. Genauso sieht man, daß zum Öffnen des Ventils 1400N allein zur Beschleunigung seiner trägen Masse nötig sind, wozu sich noch die Federvorspannung von sagen wir mal 300N und beim Auslaßventil die durch den Restdruck im Zylinder verursachte Kraft von meinetwegen 600N (kommt mir speziell bei Sportnockenwellen recht konservativ geschätzt vor) addieren. Da kommen also schnell mal 2kN zusammen (was Aussagen über Kipphebelschäden durch zu hart vorgespannte Federn in's rechte Verhältnis rückt). Diese Kraft wirkt übrigens auf der Ventilseite, auf der Nocken-/Gleitflächenseite liegt sie ca. um den Faktor 1,4 (Übersetzungsverhältnis Kipphebel) höher. Jetzt kann man auch die auf die Kipphebelachse wirkende Kraft abschätzen, da liegen wir dann ganz grob bei knappen 5kN am Auslaß.
Das schönste Nocken/Kipphebel-Laufbild, was ich kenne: GW auf 48T.

@ Spity:
Streng genommen hat die SR zwei Kipphebel, weil beide zweiarmig sind.
Mit der R1 geb' ich dir recht, es zeigt sich mal wieder, daß die simple Lösung (Tassenstößel) die beste ist.
Die SR für die Ewigkeit braucht also zwei obenliegende Nockenwellen, damit's nicht zu sportlich wird, bitte mit obenliegenden Shims. XJ Fahrer können bestätigen, daß das die beste aller Lösungen ist. Der große Vorteil von Tassenstößeln gegenüber Kipp-/Schlepphebeln ist neben der Steifigkeit der Umstand, daß sich die Stößel im Betrieb drehen, wodurch sich keine Riefen bilden, sondern sich alles wunderschön aufeinander einpoliert.

Gruß
Sven

Zum thema Reibpaarungen kann ich zwar auch nur wenig von mir geben, aber vieleicht wenigstens soviel:
Schäden an aufeinander gleitenden Flächen können grundsätzlich zwei Hauptgründe haben. Zum einen durch die sogenannte Kavitation, d.h. durch Dampfblasen im Schmiermittel, die sich aufgrund Stömungsmechanischer Vorgänge zwischen den aufeinandergleitenden Flächen bilden können. Dabei sind es nicht diese Blasen, durch die das Material zerstört wird, sondern dadurch, das der Schmierstoff mit Überschallgeschwindigkeit wieder auf die Gleitoberfläche prallt und dabei Partikel aus dieser herausschlagen kann. Dieses Phänomen kann z.B. sehr gut an alten Schiffsschrauben beobachtet werden, die daher schonmal faustgrosse löcher haben.
Im Motorenbereich macht sich dieses Phänomen oft durch das sogenannte "Pitting" bemerkbar, kleine, oftmals nur winzige ausbrüche aus Laufflächen von Lagern und Gleitflächen. Einflussgrössen hierfür sind neben der Härte der Gleitflächen auch die Qualität der Ölversorgung (z.B. Stichwort Hydrodynamische Lagerung) sowie die komplexen Strömungstechnischen Vorgänge zwischen den Gleitpartnern.
Anders sieht die Sache aus, wenn sie die Gleitflächen unter Bewegung miteinander direkt berühren, ohne ausreichenden Schmierfilm oder ganz ohne Schmierung. In diesem Fall können die beiden Oberflächen punktuell, dort wo genügend Reibungswärme entsteht, miteinander verschweissen.
Im schlimmsten Fall verändert sich hierdurch die Oberflächengeometrie dadurch derartig, dass dir Lagerung innerhalb kürzester Zeit vollständig zerstört wird (das Lager, der Kolben usw "frisst").
Die Lösung hierfür ist die Verwendung solcher Lagerstoffe, die entweder in ihrer Molekularstruktur einen Gleitstoff wie z.B. Graphit enthalten (sog. Notlaufeigenschaften), oder eine Gleitpaarung zu verwenden, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Chemischen eigenschaften nicht miteinander verschweissen können.
So bilden z.B. die Siliziumhaltigen Alulegierungen, aus denen z.B Kolben gefertigt sind unter hohen Temperaturen Harte Siliziumoxidschichten mit schichtstärken im molekularen bereich.
Ähnliche Wirkungen haben Keramische Beschichtungen wie z.B. TiN oder Metallcarbide, weshalb diese häufig für hochbelastete Schneidwerkzeuge verwendet werden, um das Verschweissen der Werkstoffoberfläche mit der Werkzeugoberfläche bei flächendrücken zu verhindern, die sicher noch deutlich über denen in unserem SR-Motor liegen. Somit wäre also die These widerlegt, das die aufeinander gleitenden Flächen am günstigsten aus ähnlichem Material gefertigt sein sollten.

BoyRacer
Dass pitting ein Kavitationsschaden ist, hab ich auch noch nie gehört. Man lernt nie aus. Das würde andererseits tatsächlich bedeuten, dass man Pitting durch ein hochwertiges Öl verhindern könnte? Wasser auf die Öl-mühlen...

sven
Natürlich hast Du recht, als alter Mathe-freak. Ich wollte bloss nicht drüber nachdenken.
@Silbertraum
>Laut Prinzipbild Bucheli Seite 34 liegen die Berührungspunkte
>beider Kipphebel im senkrecht nach oben verlängerten
>Mittelpunkt der Nockenwelle.Der Achsabstand beider
>Kipphebelwellen zu diesem ist ebenfalls gleich.
>
Ja, wenn die Kipphebel auf dem Grundkreis aufliegen. Sobald die Nocke durch Weiterdrehen ansteigt verschieben sich die Berührungspunkte und es schiebt die Auslassnocke gegen das Kipphebelachslager, die Andere zieht vom Achslager weg. Letzteres ist die günstigere Belastung.
>
>Ein unterschiedlicher Kräfteverlauf könnte vielleicht durch >unterschiedliche Steigungen der Nockenflanken hervorgerufen
>werden.
Die Nocken sind identisch.
>
>
>Das Auslassventil ist wesentlich kleiner als das Einlassventil.
>Folglich wirken geringere massenabhängige Kräfte.
>Dennoch ist der Verschleiß der mir bekannten Nockenwellen am >Auslass erheblich größer als am Einlass
>
Kleiner Trugschluss: Das Auslassventil ist zwar kleiner, aber dicker, und daher wiegt es mehr, zumindest nicht weniger.
Andererseits hab ich schon erwähnt dass auch bei Auslass_allein_ölung der Auslassnocken meistens mehr Verschleiss hat.
>
Die meisten Ventilerhebungskurven haben eine sog. Anlauframpe, also einen Bereich mit konstanter Geschwindigkeit, da ist die Beschleunigung=0. Diese Rampe ist dazu da, die Aufprallgeschwindigkeit der am Ventiltrieb beteiligten Übertragungselemente zu begrenzen, da ein zu harter Aufprall eine Schwingungsanregung oder gar ein Prellen, also Abheben und wieder aufsetzen des Kipphebels oder Ventils zur Folge haben kann. Die Rampe ist aus sicherheitsgründen üblicherweise etwas höher als das maximale Ventilspiel, bei der XT/SR ca. 0,3mm, dann erst geht es steil in die eigentliche Erhebung. Stellt man das Ventilspiel grösser ein, dann hupftz.

Spity
Die Bahnmotoren haben fast alle RollenKIPPhebel mit einer obenliegenden Nockenwelle. Sie drehen bis 11000/min.
Hier gibs Fotos von innen.
RollenSCHLEPP- und KIPPhebel sind aus Reibungsgründen im PKW wieder in Mode, beim Toyota F1-motor weiss ich, dass er 2obenliegende NW. mit Schlepphebelübertragung hat. Vermutlich Gleitflächen, die kleinen Rollen täten sich sonst wohl doofdrehen, bei Nockenwellendrehzahlen von knapp 10000/min...
Ein Kipphebel hat 2 Enden, er überträgt ein Biegemoment. Der Schlepphebel hat nur ein Ende, da er keine Biegekräfte übertragen muss, kann er leichter ausgeführt werden und ist steifer.

Gruss
Hans