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ups
Dann zur Ventilfederberechnung. Ich kopiere jetzt einfach den Text, den ich schon in einem anderen Forum geschrieben habe. Wüsste jetzt nicht was ich hier noch anders dazu schreiben soll^^
Zu aller erst ganz ganz grob die Grundlagen:
Für die Auslegung der Ventilfeder ist vor allem die negative Ventilbeschleunigung wichtig, also da wo die Feder das Ventil einbremsen muss, damit das nicht einfach gemütlich Richtung Kolben weiter schießt.
Die positive Ventilbeschleunigung beträgt meistens ein vielfaches der negativen, aber interessiert jetzt für die Federberechnung nicht weiter.
Um die negative Ventilbeschleunigung (Ventilverzögerung) zu erhalten muss man sich erstmal die Ventilerhebungskurve genauer anschauen.
Um die mathematisch zu erfassen muss man sie in 4 Bereiche unterteilen:
1. Cosinus Funktion: Die geht bis zum Ende der Anlauframpe, welche dazu dient, das Ventilspiel sanft zu eliminieren.
2. Schiefe Sinus-Funktion: Das ist die Beschleunigungsphase (positive Ventilbeschleunigung)
3. Polynom 1. Grades: Also einfach eine Gerade mit einer bestimmten Steigung bzw der maximalen Steigung! Meistens recht kurz
4. Polynom 4. Grades: Ab da wo die Steigung wieder geringer wird bis zum maximalen Ventilhub.
Das wäre jetzt für die linke Flanke des Nockens. Für die andere analog.
Interessant für die maximale Verzögerung ist aber nur der 4. Bereich.
Durch die erste Ableitung des Polynom 4. Grades aus dem genannten Bereich bekommt man den Geschwindigkeitsverlauf. Und wenn man den nochmal ableitet bekommt man den Beschleunigungsverlauf. Also das was man sucht.
Um dahin zu kommen, habe ich die Tage in Matlab ein Programm geschrieben. Das erledigt die Arbeit dann mehr oder weniger für mich.
Im Prinzip importiert das geschriebene Programm die csv-Datei mit den ganzen einzelnen Messwerten. Dann wird im besagten Bereich die Polynomfunktion 4. Grades approximiert und insgesamt zwei mal abgeleitet. Außerdem werden noch ein paar Einheiten richtig umgerechnet und die maximale Nockenwellendrehzahl wird auch noch abgefragt. Aus all den Daten wird dann die maximale Verzögerung errechnet.
Zuerst muss ein Test für das Programm her.
Im Buch vom Apfelbeck sind ganz hinten einige Nockenprofile aufgeschrieben und auch die maximale Verzögerung für die Nocke mit angegeben. Also perfekt zum testen meines Programms.
Hier z.B. das Profil #34 aus dem Buch:
Zuerst müssen alle Werte in Excel abgetippt werden, dauert etwas.
Laut Apfelbeck (siehe Bild) hat man mit der Nocke bei 4000 U/min Nockenwellendrehzahl ne maximimale Verzögerung von ~3350 m/s².
Dann mein Programm mit den Excel-Daten gefüttert:
Ergebnis(siehe Bild): 3353,3 m/s². Also passt genau !
Noch kurz was zu den Grafiken, habe da jetzt weiter nichts beschriftet, deshalb eine kurze Erklärung:
-Oben links ist nur der Hubverlauf in dem gesuchten Bereich gezeichnet. Also nur anhand der Werte ausm Apfelbeck Buch.
-Oben rechts ist die approximierte Funktion. Könnte man auch übereinander legen und das würde genau hinkommen.
-Unten links sieht man den Geschwindigkeitsverlauf in [m/rad]. Man sieht hier auch schön, dass die Ventilgeschwindigkeit bei maximalen Ventilhub gleich 0 ist.
-Unten rechts dann der gesuchte Beschleunigungsverlauf in [m/rad²]
Das Ergebnis wird im command Window auch ausgegeben. -19.123 m/rad²
Nockenwellendrehzahl 4000 U/min angegeben.
Man könnte sich natürlich auch abmühen und den gesamten Verlauf darstellen lassen, aber dafür habe gerade nicht die Zeit :wink:
Habe das ganze auch noch für das Profil #7 gemacht, nur auf Nummer Sicher zu gehen. Und auch da stimmt das Ergebnis mit dem aus dem Buch überein.
Oder man könnte auch den maximalen Steigungswinkel (also 3. Bereich) berechnen:
Wer das Buch hat, darf das Ergebnis gerne vergleichen
Für die Steigung sollte man aber noch beachten, dass 10mm hub = 1mm entsprechen und 5°=10mm sind.
Sollte also funktionieren das Programm, also zurück zu meinem Ventiltrieb. Das Ventilhubdiagramm habe ich ja schon gestern ausgemessen (siehe letzter Post). Da dann die csv-Datei eingelesen und das hier kommt raus:
Aufgrund der hohen Drehzahl (13500 KW) bekomme ich eine maximale Ventilverzögerung von 9246,2 m/s²
Um die nötige Federkraft zu berechnen brauche ich noch die reduzierte Ventilmasse.
Die Federn fließen nicht komplett rein, da einseitig abgestützt.
Das sind meine Massen:
Aus Beschleunigung und Gewicht lässt sich dann die nötige Federkraft berechnen:
Original Nockenwelle + Vergaser Federn + Alu Teller = 497,5N
umgeschliffene Einlass + Einspritzer Federn + Titan Teller = 579,7N
Die vorhandene Federkraft kann man für den entsprechenden Federweg (Vorspannung+Ventilhub der jeweiligen Nockenwelle) ablesen.
Oder man schreibt schnell n Programm, was das für einen macht:
Man muss natürlich daran denken, mit der original Nockenwelle dann mit nur 8.5mm Hub zu rechnen.
Mit der umgeschliffenen Nockenwelle hat man aufgrund des Mehrhubs schon eine viel größere Federkraft.
Und die Ventilbeschleunigung mit der original Nockenwelle muss man auch noch berechnen.
Hier dann mal ein paar Sicherheiten die dabei rauskommen:
Original+Vergaser Federn + Alu-Teller =
12,97% Sicherheit
Original + EinspritzerFedern+Titan Teller = 9,75% Sicherheit
umgeschliffene Einlass +Vergaser Federn+Alu-Teller = 10,82% Sicherheit
umgeschliffene Einlass +Einspritzer Federn+Titan-Teller =
7,99% Sicherheit.
Normal hat man eigentlich so um die 20% Sicherheit. Habe den Wert aber aus Büchern, bei denen es eher um Autos gehen. Bei Motorrädern ist ja eh alles n bisschen "enger" konstruiert.
Habe auch schon für Rennmotoren nur ein paar Prozent Sicherheit berechnet.
Weil man muss sich überlegen. Wenn die Sicherheit zu groß ist verschenkt man einiges an Leistung und die Nockenwelle leidet auch noch darunter. Bei hoher Federkraft steigt die Flächenpressung und das führt zu Pitting.
Und das mit der Leistung kann man ja auch ganz gut nachvollziehen, wenn man sich überlegt wie oft bei maximal Drehzahl die 16 Federn in einer Minute zusammengedrückt werden müssen und wie viel Kraft dafür notwendig ist.
Deshalb hat man bei reinen Rennmotoren kaum ne Sicherheit. Und die dient ja vor allem auch gegen Übedrehen, also z.B. durch verschalten.
Mit den ganzen Daten kann man jetzt natürlich noch ein bisschen rumexperimentieren, was passiert wenn man hier oder da noch was verändert.
Würde ich bei letzterem die maximale Drehzahl auf 13250 senken, hätte ich wieder eine Sicherheit von 12,09%
Oder falls man das Titan Kit-Einlassventil verwendet, welches 10gramm leichter als das aus Stahl ist, hätte man eine Sicherheit von fast 30% !!! Also da könnte man dann sogar problemlos die maximal Drehzahl erhöhen. (Wenn man jetzt nur vom Ventiltrieb ausgeht)
Leider passt das aber nicht ohne Änderungen in den Serien-Kopf rein.
Viel Gewicht kann man auch nicht mehr einsparen.
Die Einspritzer-Federn sind schon ein bisschen leichter als die von der Vergaser.
Federteller sind die originalen zwar 50% leichter, aber brechen dafür auch wieder leichter als die aus Titan. (Siehe letzte Seite)
Shims muss man die verwenden die man braucht, in meinem Fall habe ich mit einem 300er Shim (1g) gerechnet. Der schwerste den ich da hatte.
Am Ventil ist auch nichts mehr zu holen, außer durch Titan.
Könnte höchstens den Tassenstößel ein bisschen kürzen. Der ist mit 16,4g doch recht schwer. Hat nicht mal nen großen Einfluss auf die Festigkeit. Aber die Bohrung in der er läuft verschleisst dann schneller. Also evtl kürze ich die ein bisschen.
Man könnte vll per Ignitech die Drehzahl ein bisschen senken, dafür den Lobe Center so um die 100-105° einstellen, damit man hier nichts verschenkt. Außerdem Tassenstößel ein bisschen kürzen. Dann kommt man mit vll mit 100-150 Umdrehungen weniger auf die selbe Sicherheit wie original.
ABER: Wie schon oben Seite gesagt haben wir die Feder nicht komplett auf Block gefahren. Und bei der Vorspannung und dem hohen Ventilhub den ich mit der umgeschliffenen Nockenwelle habe, liegt die tatsächliche Federkraft höher als die interpolierte.
Motor ist schon seit Anfang der letzten Woche eigentlich fertig. Warte aber immer noch auf die ganzen Ersatzteile (Lager, Dichtungen etc).
Obwohl ich schon am 2.2 bestellt habe....
Eigentlich wollte ich erst den Motor fertig machen, damit ich wieder Platz habe in der Werkstatt um mit den anderen Sachen weiterzumachen.
Weil zerlegt nimmt der Motor natürlich den ganzen Platz weg.
Wird also wohl wahrscheinlich wieder nichts mit einem rechtzeitigen Saisonstart, weil ich wie letztes Jahr noch auf Ersatzteile warten muss ....