Gleitlager nicht zu primitiv ???
Hallo,
ich hab mich mal gefragt warum die heutigen Motoren (pkw-4Takter) nur mit Gleitlagern an den wichtigsten Lagerstellen des Motors ausgestattet sind ??
Wären nicht Nadel oder Kugellager an manchen stellen viel besser ???
z.B. Kurbelwellenlger --> Kugellager
Kolbenbolzenlager --> Nadelllager , weil dort die Drücke sehr hoch sind
Bei den 2 Taktern hat man das doch auch so (schon klar hier ist das Kurbelwellengehäuse auch mit Benzin-Öl-Luft gemisch befüllt und nicht mit Öl)
16 Antworten
@evoschrauber
Es gibt etwas, dass das Bild etwas verfälscht und dadurch kann man das nciht auf reale Motoren im Dauerbetrieb übertragen.
Gleitlager haben einen relativ hohen Reibwert bei geringen Drehzahlen, also im Bereich unter 400 U/min und man muss auch deutlich mehr Kraft aufbringen um eine Welle in Bewegung zu setzen die mit Gleitlagern gelagert ist.
Mit Kugellagern ist die benötigte Kraft schon bei 1 U/min recht gering.
Hört sich ja ganz gut an, nur....
Das Beispiel wird bei 2000 U/min genannt.
Erhöhe nochmal die Drehzahl ein wenig, z.B. auf 4.000 U/min und vergleiche dann nochmal.
Dann dürfte sich das schon wieder ganz anders darstellen.
Die Gleitlager werden durch das Öl geschmiert und die Welle muss ab einer bestimmten Drehzahl ( ca. 400 U/min ) nicht mehr gegen den Widerstand der Reibpartner ankommen, sondern nur noch gegen den Widerstand des Öls.
Daher fällt die benötigte Kraft ( die Verluste in den Lagern ) in niedrigen Drehzahlen 100,200,300,400 U/min recht hoch aus, dann kommt ein Punkt wo es drastisch abfällt, also sich richtig leicht Drehen lässt, so grob bis ca. 800 U/min und dann steigt der Widerstand konstant leicht an, bis zum Drehzahlmaximum.
Bei Kugellagern hingegen, ist von der 1 Umdrehung ein konstanter Kraftanstieg nötig.
Bei 2.000 U/min musst du also doppelt so viel Verlustleistung einplanen wie bei 1.000 U/min.
Unter diesem Aspekt würden sich diese beiden Lagerungen gar nicht soooo viel nehmen, man könnte beiden machen.
Aber es gibt ganz andere Punkte warum Gleitlager deutlich besser dafür geeignet sind.
Zum einen sind Gleitlager viel günstiger als Kugellager.
Und Gleitlager kommen sehr viel besser mit der thermischen Belastung klar, die meiste Wärme wird mit dem Öl abtransportiert.
Bei Kuggellagern ist das etwas schwieriger, die würden bei den Drehzahlen viel eher heißlaufen und versagen, dass würde auf Dauer massig Lagerschäden bedeuten.
Die Kugeln würden sich einfach festfressen und blockieren.
Das merkt man schon öfter mal an Radlagern, die gehen auch schon ab und an mal übern Jordan und müssen gewechselt werden.
Nur sind Radlager ( meist Kugel- oder Tonnenlager ) an dieser Stelle noch deutlich besser dimensioniert, als es im Motor möglich wäre.
Ein Gleitlager im Motor ist gerade mal 1mm dick mit der kompletten Aufnahme vieleicht 2 mm, mehr nicht.
Bei Kugellagern für den gleichen Wellendurchmesser, liegt man leicht bei 2 cm.
Und auch wenn ein gesunder Motor relativ rund läuft und gleichmäßig dreht, im ganz kleinen sind es immer leichte "Schlage" die vom Kolben auf die Welle und somit auf die Lager durchkommen.
Kuggellager mögen sowas überhaupt nicht.
Im Dauereinsatz unter realen Bedingungen würden Kugellager also versagen und zu teuren Schäden führen.
Früher wurden große Schiffmotoren in einem Schiff transportiert und am Zielgebiet mussten sämtliche Lager ausgetauscht werden, dass kam durch den Wellengang.
Kaum zu glauben, aber wahr.
Daher werden schwere Schiffsmotoren auch nicht mehr stillstehend transportiert, sondern an einen elektromotor angeschlossen, der die ganze Fahr lang die Welle dreht.
Dieser Effekt wäre mit Kugellagern noch heftiger und das langsame Drehen würde nicht ausreichen.
Und nebenbei, Motoren mit neuen Gleitlagern haben IMMER eine etwas geringere Leistung, da die Verluste in den Lagern höher sind.
Wenn die Lager etwas eingefahren sind, dann kommt etwas mehr Leistung am Rad an.
Die alten BMW-Motoren sind eigentlich schon ein kleinwenig berühmt dafür.
Die M40 oder M42 Motoren ( so in den e30 Modellen ).
Da sind die Lager nämlich etwas schwach ausgelegt und die nutzen sich stärker ab als erwartet, daher halten die Dinger auch nicht soooo lange, ohne dass die Lager erneuert werden mussten.
Das schöne ist, dass man bei den Motoren bei höherer Laufleistung das Gefühl hat, dass die einfach etwas besser drehen und mehr power haben, als zu der Zeit als sie neu waren.
Und das stimmt auch, die bekommen wirklich etwas mehr Ausgangsleistung.
Das liegt daran, dass die Gleitlager sich abnutzen und mehr Spiel entsteht.
Also weniger Reibung und etwas weniger Leistungsverluste.
Nur leider ist es so, dass wenn man diesen Effekt merkt, dass es dann leider zu spät ist.
Dann ist das Spiel im Lager schon zu hoch und die Welle wird krumm sein.
Eine Reparatur würde dann nicht lange halten.
Daher sollte Spiel in den Lagern niemals zu groß sein.
Fazit:
Kugellager würden die etwas an Verlustleistung einsparen ( besonders bei niedrigen Drehzahlen ) aber das wird teuer quittiert, da sie in den Motoren mit Drehzahlen bis 6.000 U/min recht fix sterben würden.
Also kein echter Ersatz für Gleitlager.
Und Kugellager wären auch viel lauter.
Hallo,
das von Dir beschriebene Reibungsverhalten von Gleitlagern (zum Beispiel beim Startvorgang eines Motors) wird in der "Stribeck-Kurve" gut dargestellt! Dabei durchläuft das Gleitlager beim "Hochlaufen" zunächst Haftreibung dann die Mischreibung um sich dann bei einer bestimmten Übergangsdrehzahl auszuklinken um in den Bereich der Flüssigkeitsreibung zu gelangen!
Wälzgelagerte Kurbelwellen sind aus Sicht der Hersteller gegenüber gleitgelagerten KW natürlich kostenintensiver. In bezug auf Haltbarkeit haben wälzgelagerte Kurbelwellen auch sehr hohe Standzeiten erzielt. Der von mir angesprochene Betriebspunkt von 2000 U/min sollte lediglich das Potential des modifizierten Motors darstellen. Im realen Fahrbetrieb ergab sich mit einem zusätzlichen Maßnahmenpaket von reibungsoptimierten Kolben und Kühlwassertemperaturmanagement eine Verbrauchsverbesserung von über 11 %!!!!!!!!!!!!
Von Stern zu Stern