Nockenwelle und Ventilfedern

[Willi]

Danke Christian,

und bevor mir jemand sagt, dass v = a * t nur für die gleichformig beschleunigte Bewegung gilt: das ist mir bekannt. Am Prinzip ändert sich dadurch aber nichts. Um die Bewegung mathematisch vollständig zu beschreiben braucht man Kenntnisse der Differential- und Integralrechnung .

Gruß
Willi

[tr-26h]

Danke Euch für die Ausführungen !

Ich werde die Federn beim Siggi mal messen lassen, und dann die innere vermutlich weglassen.

Hohe Drehzahlen mit Ventilflattern kommt bei meinem Engländer eh nicht in Frage.

Andreas

[Pioniergeister]

Hallo,

bin mit den Nockenfachbegriffen nicht so vertraut, deswegen mach ich mal eine andere Betrachtungsweise,
ich schneide mal den Grundkreis gegenüber der Nocke auf und lege diesen aufgebogen auf den Tisch, der Weg zum Berg ist der Grundkreis und der Berg ist die 240er Nocke,
dann ist da noch eine Rolle, die an einer senkrechten Gleitschiene befestigt, durch eine Feder nach unten gedrückt wird - der Ventiltrieb,
der Weg mit Berg bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit auf die Rolle zu,
die Rolle wird die Bergsteigung mit einer bestimmten Geschwindigkeit an der Gleitschiene hoch sausen,
nun mache ich aus der 240er eine 256er Nocke, der Berg sollte dann größer werden,
den Radius an der Kuppe wird zunächst beibehalten, aber mehr Höhe macht den Berg auch steiler, dasselbe mich gleicher Höhe und breiterer Kuppe,
die Flächenpressung an der Berganfahrt(Anlauframpe) und die Gleitschienengeschwindigkeit werden höher, an der Kuppe könnte die Rolle abheben,
also machen wir einen Kompromiss, Berg unten etwas breiter (auf Kosten der Laufkultur im unteren Drehzahlbereich) und eine stärkere Feder, die mehr nach unten drückt,

habe nur euere Grundlagen in meine primitive Betrachtungsweise umgesetzt,

und nun dürft ihr meinen Berg anbaggern,

Alois

[Gyula]

Hi!

Leute das mit der Nockenwelle habe ich mir jetzt nochmals angesehen:

Ich habe noch die Vermessungsdaten von meiner 256° NW und die meiner 280° NW.

Die Grafen übereinander gelegt zeigen, dass sie völlig parallel zueinander verlaufen und zwar so lange, bis die 256° NW, bedingt durch den geringeren Hub, flacher wird.
Bedingt durch den größeren Hub der 280° NW, beschreibt diese nun einen längeren Weg über die Nockenspitze bis zu dem Punkt wo beide Grafen wieder parallel verlaufen und zwar in gleicher Zeit.
Die Geschwindigkeit ist daher höher, die 280° Nocke ist in diesem Bereich auch steiler als die 256° NW.
Es sind daher härtere Ventilfedern sinnvoll, um ein Abheben der Tassen an der fallenden Flanke zu verhindern.

Zur 240° NW:
Ein paar Beiträger zurück, wurde diskutiert, dass die 240° NW gleichen Hub hätte wie die 256° NW un das bei einem klieneren Öffnungswinkel. Damit wäre die Flankensteilheit der 240° NW höher als jene der 256°NW.
Obwohl ich die 240° NW nicht vermessen habe, halte ich das für undenkbar.
Die 240° NW hätte eine deutlich schlechtere Füllung mit einem wesentlich höheren Kräftebedarf an Ventilfedern. Die NW wäre so eine glatte Fehlkonstruktion, da der Verschleiß vorprogrammiert wäre.
Viel eher denke ich, dass auch die 240° NW die gleiche Nockenform aoifweist wie die 256° und die 280° NW und sich durch den Hub und den Öffnungswinkel unterscheidet.

Welche NW kann man jetzt als flacher, oder steiler bezeichnen?
Nachdem die Kurvenformen bei allen drei NW ident sind, geht die 240° NW als erste und die 280° NW als letzte in den flachen Bereich des max. Hubes über.
Der Becher hat jetzt bei der 240° NW den geringsten Speed und bei der 280° NW den höchsten.
Die 240° NW ist in dieser Phase die flacheste NW, die 280° NW die steilste.


Obwohl ich nicht genau weiß, worauf die Bezeichnung steilere und weniger steile NW ihren Bezug nimmt, könnte das eine Erklärung sein.

Ich denke daher, dass die Bezeihnung der NW mit dem größeren Öffnungswinkel doch als die steilere bezeichnet werden kann.


Wie seht ihr das?


Gyula

[Willi]

Hi Gyula,

ich gebs auf. Das Problem diskutieren wir lieber mal bei einem Glas Wein, wenn wir uns mal sehen. Ich kann es nicht besser erklären als in meinem letzten Post. Definition: Steilheit= Anstieg/ Weg. Und die Steilheit ist umso geringer, je eher die Nocke die Stößeltasse nach oben drückt. Weil der Anstieg gleich bleibt (gleichen Hub vorausgesetzt), der Weg aber bei der 256er NW länger ist als bei der 240erNW, wird die Stößeltasse mit geringeren Werten beschleunigt. Nur aus der Beschleunigung ergibt sich aber die erforderliche Kraft der Ventilfedern (F=m x a).

Gedankenexperiment: Denke Dir eine Nockenwelle, die auf 10° Drehwinkel den max Hub erreicht, und dann nach weiteren 10° wieder auf den Grundkreis ist (unabhängig von der Machbarkeit). Die Beschleunigung der Stößeltasse muss größer sein, als wenn die ansonsten gleiche Nockenwelle 100° Drehwinkel bis zum gleichen Hub zur Verfügung hat.

Stichwort gleicher Hub: bei den Betrachtungen der Stößeltassen- Bewegungen müssen wir Vereinfachungen treffen, wenn es halbwegs verständlich sein soll. Am Prinzip darf sich aber durch diese Vereinfachungen nichts ändern. Ich bin von etwa gleichem Hub und etwa gleicher Nockenform ausgegangen, und habe versucht, an dieser „theoretischen“ NW die Kraftverhältnisse zu erklären.

Tatsächlich hat die 256°NW einen um 0,02" (ca. 0,5 mm) höheren Hub als die 240°NW (die 280°NW hat noch einmal 0,01“ (0,25mm) mehr Hub als die 256°NW). Die 256°NW hat also 8° Drehwinkel mehr zur Verfügung, um einen 0,5 mm höheren Hub zu erreichen. Ich kann mir nicht vorstellen, dass die Beschleunigungsverhältnisse bei den beiden Wellen sich wesentlich unterscheiden. Deshalb meine ich, die o.g. Vereinfachung ist zulässig. Aber das ist eine Spekulation meinerseits.

Und Du sagst es ja selbst, die 240°NW wäre bei gleichem Hub steiler als die 256°NW. Warum sie deshalb eine Fehlkonstruktion sein müsste ist mir nicht klar. Der Verschleiß hängt von der Materialwahl und Nockenform ab, und deine Vermutung, die Welle könne das nicht aushalten (hoher Verschleiß vorprogrammiert) ist auch lediglich Spekulation.

Vielleicht überzeugt Dich, dass die wie Du sagst „steilste“ NW (280°) serienmäßig die schwächsten Ventilfedern von allen hat. Widerspricht sich das nicht? Aber wie gesagt: sei mir nicht böse, aber ich klinke mich aus dem Thread aus. Das Medium ist nur bis zu einem gewissen Punkt für ein Streitgespräch geeignet. Wir können uns aber bei einem Glas Wein streiten, bis die Umstehenden gähnen.

Gruß
Willi

[gelpont19]

Hi Streiter - gähne noch lange nicht - - hochinteressant. Weitermachen...

win

[Gyula]

Hi,

nur nicht aufgeben Willi, was sagen denn da die anderen dazu....???

ich gebs auf. Das Problem diskutieren wir lieber mal bei einem Glas Wein, wenn wir uns mal sehen. Ich kann es nicht besser erklären als in meinem letzten Post. Definition: Steilheit= Anstieg/ Weg. Und die Steilheit ist umso geringer, je eher die Nocke die Stößeltasse nach oben drückt. Weil der Anstieg gleich bleibt (gleichen Hub vorausgesetzt), der Weg aber bei der 256er NW länger ist als bei der 240erNW, wird die Stößeltasse mit geringeren Werten beschleunigt. Nur aus der Beschleunigung ergibt sich aber die erforderliche Kraft der Ventilfedern (F=m x a).

Dem ist nichts entgegenzusetzten....

Gedankenexperiment: Denke Dir eine Nockenwelle, die auf 10° Drehwinkel den max Hub erreicht, und dann nach weiteren 10° wieder auf den Grundkreis ist (unabhängig von der Machbarkeit). Die Beschleunigung der Stößeltasse muss größer sein, als wenn die ansonsten gleiche Nockenwelle 100° Drehwinkel bis zum gleichen Hub zur Verfügung hat.

Dem ist nichts entgegenzusetzen......

Stichwort gleicher Hub: bei den Betrachtungen der Stößeltassen- Bewegungen müssen wir Vereinfachungen treffen, wenn es halbwegs verständlich sein soll. Am Prinzip darf sich aber durch diese Vereinfachungen nichts ändern. Ich bin von etwa gleichem Hub und etwa gleicher Nockenform ausgegangen, und habe versucht, an dieser „theoretischen“ NW die Kraftverhältnisse zu erklären.

Alles klar, nur dass wir bei Nocknwellen der gleichen Bauart (unsere original TR-NW) nicht vom gleichen Hub ausgehen können, wenn der Öffnungswinkel variiert.
280°/6,35mm Hub > 256°/6,1mm Hub > 240°/5,6mm Hub.
Hier wird auch der Grund für unsere unterschiedliche Betrachtungsweise sein.

Tatsächlich hat die 256°NW einen um 0,02" (ca. 0,5 mm) höheren Hub als die 240°NW (die 280°NW hat noch einmal 0,01“ (0,25mm) mehr Hub als die 256°NW). Die 256°NW hat also 8° Drehwinkel mehr zur Verfügung, um einen 0,5 mm höheren Hub zu erreichen. Ich kann mir nicht vorstellen, dass die Beschleunigungsverhältnisse bei den beiden Wellen sich wesentlich unterscheiden. Deshalb meine ich, die o.g. Vereinfachung ist zulässig. Aber das ist eine Spekulation meinerseits.

Dieser Spekulation stimme ich ebenfalls zu, wenngleich damit auch angenommen wird, dass die Hüllkurven vollig parallel verlaufen.

Prinzipprofil einer NW

* Die Rampe geht im Punkt 4 in den steilsten Bereich der Hüllkurve über, wobei die Steilheit bis zum Punkt 1 stetig zunimmt (ähnlich einer Hyperbel).
* Der Punkt 1 ist der Wendepunkt, wo sich die positive Beschleunigung in eine negative umkehrt.
* Zwischen Punkt 1 und drei wird die Bewegung stetig bis zum Wendepunkt 3 verlangsamt (ähnlich einer e-Funktion).

Beachte bitte, welcher Hub in der äußeren Kurve im Punkt H1 im Vergleich zur inneren Kurve erreicht wurde.

Demnach hat die äußere Kurve in jedem Abschnitt vom Punkt 4 bis zum Punkt 1 eine längere Beschleunigungsphase als die innere Kurve.
Zwischen Punkt 1 und Punkt 3 nimmt die Beschleunigung in der äußeren Kurve langsamer ab, als in der inneren.

Wären die max.Nockenhübe gleich, so wäre z.B. zwischen Punkt 2 und Pkt. 3 die Beschleunigung der inneren Kurve größer.
Die Phasen der Beschleunigung sind in Summe aber stets in der äüßeren Kurve länger.
Dies trifft so lange zu, bis der Hub der inneren Kurve die äußere so weit überragt, dass die Fläche unter der Hullkurve größer wird, als jene der äüßeren Hüllkurve.
In diesem Fall wären die Phasen der Beschleunigung der inneren Kurve z.T. höher und und ggf. auch länger .
Anmerkung: Auch dann, wenn das Profil der NW ebene Abschnitte hätte, würde sich nichts ändern.

Fazit: Jene Hüllkurve, die die größere Fläche unter sich vereint, bezeichne ich (und viele andere) als die steilere.
Dies trifft bei NW der gleichen Bauart (Profil) stets für jene mit dem größeren Öffnungswinkel zu.
Es ist also nicht zwingend die Frage, ob die eine Kurve Abschnitte mit höherer Beschleunigung aufweist, sondern, ob die Beschleunigungsphasen dazu führen, in gleicher Zeit einen längeren Weg zurückzulegen.
Der größere Öffnungswinkel der äußeren Kurve und damit die längere Verfügbare Zeit, kann den längeren Weg auf der äußeren Hüllkurve nicht kompensieren. Es muss somit länger beschleunigt werden.

Und Du sagst es ja selbst, die 240°NW wäre bei gleichem Hub steiler als die 256°NW. Warum sie deshalb eine Fehlkonstruktion sein müsste ist mir nicht klar. Der Verschleiß hängt von der Materialwahl und Nockenform ab, und deine Vermutung, die Welle könne das nicht aushalten (hoher Verschleiß vorprogrammiert) ist auch lediglich Spekulation.

Nur hat die 240° NW eben einen geringeren Hub.....
Ja, der Verschleiß ist nur Spekulation....

Vielleicht überzeugt Dich, dass die wie Du sagst „steilste“ NW (280°) serienmäßig die schwächsten Ventilfedern von allen hat. Widerspricht sich das nicht? Aber wie gesagt: sei mir nicht böse, aber ich klinke mich aus dem Thread aus. Das Medium ist nur bis zu einem gewissen Punkt für ein Streitgespräch geeignet. Wir können uns aber bei einem Glas Wein streiten, bis die Umstehenden gähnen.

Annahme:
Wenn an der äußere Hüllkurve die Geschwindigkeit zwischen Punkt 1 und Pkt 3 langsamer abgebaut wird (negative Beschleunigung), dann läuft das Ventil weniger Gefahr abzuheben.
Ebenso auf der fallenden Seite. Die Geschwindigkeit nimmt zuerst rascher zu, ab dem Wendepunkt bis zum Grundkreis aber langsamer ab.
Die Gefahr, das das Ventil prellt sinkt.
Könnten jetzt schwächere Federn enigesetzt werden??


Willi, ich bin kein Maschinenbauer, also stammen meine Überlegungen nur aus dem, was ich mir mit der Zeit zusammengetragen habe.

Und nochmals, du hast mit all deinen Punkten recht. Eine enge Kurve ist bei gleichem Hub steiler, als eine breitere Kurve, dem habe ich auch nicht wiedersprochen.
Wenn wir aber NW der gleichen Bauart, für einen bestimmten Motor mit unterscheidlichen Öffnungswinkeln vergleichen, bezeichne ich die mit dem größeren Öffnungswinkel als die steilere NW.


Das mit dem Glas Wein ist zwar gut gemeint, aber die Chance dazu ist ziemlich klein...........
Bis dahin hoffe ich doch, dass du im Interesse unserer zahlreichen gespannten, auf Antworten wartenden Tr-freun.de, auch weiterhin diesen Thread erweiterst......


Gyula

[Willi]

Hi Gyula,

na gut, zum wirklich allerletzten Mal. Aber nur, weil Du dir so viel Arbeit gemacht hast, und sich beim Nachdenken etwas Neues ergeben hat...
Wenn Du mir dauernd zustimmst lohnt es ja nicht zu streiten . Rufen wir und deshalb einmal den Ausgangspunkt der Diskussion ins Gedächtnis. Am Anfang stand die unschuldige Frage eines Forennutzers, ob er bei der 256° NW die inneren Ventilfedern weg lassen könne. Ich habe das bejaht und ich begründete das damit, dass ich noch nie verstanden hätte, warum bei der steileren 240° NW schwächere Federn verbaut wurden als bei der 256° NW. Ein paar Posts weiter habe ich die Aussage zurückgezogen, weil es Einwände von anderen Mitgliedern des Forums gab.

Dich hat aber meine Definition der Steilheit gestört. Ich sagte, dass ich Steilheit als Anstieg/ Weg betrachte, und dass unter diesen Umständen die 240er Welle steiler ist als die 256er.

Ich habe gesagt, dass ich von etwa gleichem Hub und etwa gleicher Nockenform ausgegangen bin (vielleicht irrtümlich). Unter dieser Voraussetzung gilt zweifellos, dass die 240er Nocke steiler ist als die 256er Nocke.

Bild1

Auf dem Bildchen habe ich versucht, das darzustellen. Ich habe bewusst eine besondere Nockenform gewählt, nämlich eine Gerade. Der Grund für diese Vereinfachung ist, dass man in dem Fall eine gleichförmig beschleunigte Bewegung erhält. Die Steigung der Geraden entspricht der Beschleunigung. Die beiden theoretischen NW auf dem Bild haben die gleiche Nockenform (nämlich die Gerade) und den gleichen Hub. Bei der Beschleunigung ergibt sich ein höherer Wert für die 240er NW aus Bild 1. Nach F= m x a ergibt sich, dass dann eine größere Kraft am Ventiltrieb wirkt, die man durch geeignete Maßnahmen (z.B. härtere Federn) bändigen muss. Mehr habe ich auch nicht behauptet (ich habe immer auf „etwa gleiche Nockenform und gleichen Hub“) eingeschränkt.

Du hast dann entgegnet, dass der Hub eben nicht gleich ist und deshalb die NW mit der größeren Öffnung steilere ist. Das ist unter Umständen richtig und hängt bei gleicher Nockenform vom Hub ab:
Bild2

Ich habe wieder zwei „Nockenwellen“ gezeichnet, genannt 280er NW und 240er NW (Bild2). Beide haben wieder die gleiche Nockenform (Gerade). Für die 240er NW habe ich 3 verschiedene Hübe gezeichnet. Bei H1 ist sie steiler als die 280er NW (Gerade 1 und 2). Das ist der bereits diskutierte Fall. Bei H2 (Gerade 3) hat sie die gleiche Steigung wie Gerade1. Die Geraden laufen parallel. Die Beschleunigung (und damit die Kräfte am Ventiltrieb) sind identisch. Alles was unterhalb von Gerade3 liegt (z.B Gerade4) hat eine geringere Steigung als Gerade1. Nur dann wäre Gerade1 steiler. Wie sind nun die Verhältnisse an den echten NW?

Ich habe dann die Steigung einfach mal berechnet (Tangens), und habe dabei die gleiche Vereinfachung getroffen wie in den Zeichnungen. Dabei komme ich auf ein für uns beide überraschendes Ergebnis:

Steilste NW: 256° NW (stärkste Federn)
Mittlere NW: 240° NW (mittlere Federn)
Flachste NW: 280° NW (schwächste Federn)
(Bei der Berechnung des Tangens kann nur eine qualitative Aussage gemacht werden).

Zunächst scheint das Ergebnis die Eingangs gestellte Frage zu beantworten. Schließlich ist das die Reihenfolge, in der Triumph auch stärkere Ventilfedern verwendete. Über die tatsächlichen Verhältnisse sagt die Rechnung u.U. aber wenig aus. Sie wird zwar für gleiche Nockenform bei unterschiedlichem Hub stimmen. Die Nockenformen sind aber nun mal nicht identisch. Es ist durchaus möglich, dass jede der 3 Wellen auf irgend einem Teil ihres Profils „steiler“ ist als die anderen. Deshalb habe ich mich entschlossen, den Begriff der Steilheit im Zusammenhang mit Nockenwellen nicht mehr zu verwenden. Ohne eine mathematische Funktion, die das Profil beschreibt, und einem bißchen höherer Mathematik kann man keine gültige Aussage machen.

So, jetzt beendige ich den Thread aber wirklich. Vielleicht geben wir ihn mal irgendwann als Taschenbuch heraus.

Gruß
Willi

[MadMarx]

Pythagoras wäre stolz auf euch!

[gelpont19]

Adam Riese auch.....

[Gyula]

Hi!

@ Willi: Die Reihenfolge (256 vor 240 vor 280) kann ich im Moment nicht nachvollziehen; aber wie bereits geschrieben, ist eine Berechnung ohne genaue Kenntnis des Profils ja nicht möglich.
Die NW haben sicher unterschiedliche Hübe (Pkt. 1 in meiner Grafik) im Wendepunkt, u.v.m.

Ja, Oli, die Idee finde ich gut....!

Eine Seite habe ich noch: --> "spitze und steile Nockenwelle"
.....und dann googelt mal unter "steile Nockenwelle" oder auch unter "scharfe Nockenwelle"...


Gyula