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Kinetik des Ventilgetriebes
Hallo :)
Im Zuge meines Maschinenbaustudiums muss ich demnächst einen Vortrag zu dem Thema "Kinetik des Ventilgetriebes" halten. Da ich mich einigermaßen mit dem Käfer Boxer auskennen möchte ich gerne mich auf diesen beziehen (zwecks Anschauungsmaterial etc. :D)
Nun ist mir die Idee gekommen, da hier doch einige Experten (ich meine auch aus der Autoindustrie) sind mal nachzufragen ob mir jemand vielleicht ein paar Tipps geben kann bezüglich Bücher oder Internetseiten zur Recherche...
Oder vielleicht hat ja schon jemand Berechnungen am Käfer Ventilgetriebe angestellt?!
Gruß Florian
Beste Antwort im Thema
Was da unten steht habe ich mal vor Jahren ausgerechnet und schriftlich festgehalten (da man die Vorgehensweise schnell vergisst) für meinen Typ4. Ich glaubte und glaube auch heute nicht so an ein unbedingtes Muss von extremen Federraten.
Man kann die Rechnung noch auf 2- 3 Seiten ausschmücken, doch es ist dann immernoch keine Doktorarbeit.
Neu werden für einige sein: die SIMTH-Kurve für Federstahl und der k-faktor der Beanspruchungen für innen und aussen am Federdraht.#
Ausserdem der Einfluss einer zu geringen Vorspannung der Feder, also Einbauhöhe.
Meine Ventil-einzelmassen sind nicht explizit aufgeführt, sondern teilweise schon als Summe vorgegeben; falls mal einer fragen sollte wie schwer das Ventil denn war oder ist.
Die Trägheitsmasse des Kipphebels habe ich mit vereinfachten (2 Dreiecke) Elementen errechnet.
So als Anstoss...... biddeschön
39 Antworten
noch ei Tip. Scha mal NSU Max den Ventiltrieb mit der "Königswelle" an dies ist auch eine exelente Technik, sehr aufwendig aber gut.
Gruß Erdmann
Guten Tag,
ich studiere Wirtschaftsingenieur (3.Semester) und unser Professor in Strömungs und Thermodynamik hat es auch als "Ventilgetriebe" bezeichnet. Kann mir das eigentlich nur so erklären, dass ja durch verschiedene Bauteile Kräfte umgesetzt werden.
Aber naja, man muss nicht immer alles verstehen was Professoren so sagen ;)
Mich würde dein Vortrag sehr interessieren wenn du ihn ferig hast....
lg
Thomas
Was da unten steht habe ich mal vor Jahren ausgerechnet und schriftlich festgehalten (da man die Vorgehensweise schnell vergisst) für meinen Typ4. Ich glaubte und glaube auch heute nicht so an ein unbedingtes Muss von extremen Federraten.
Man kann die Rechnung noch auf 2- 3 Seiten ausschmücken, doch es ist dann immernoch keine Doktorarbeit.
Neu werden für einige sein: die SIMTH-Kurve für Federstahl und der k-faktor der Beanspruchungen für innen und aussen am Federdraht.#
Ausserdem der Einfluss einer zu geringen Vorspannung der Feder, also Einbauhöhe.
Meine Ventil-einzelmassen sind nicht explizit aufgeführt, sondern teilweise schon als Summe vorgegeben; falls mal einer fragen sollte wie schwer das Ventil denn war oder ist.
Die Trägheitsmasse des Kipphebels habe ich mit vereinfachten (2 Dreiecke) Elementen errechnet.
So als Anstoss...... biddeschön
...hey vielen Dank flatfour!!! Genau nach so etwas habe ich gesucht! Morgen werde ich deine Aufzeichnungen mal genau durch gehen.
Super Vielen Dank!
sooo :)
..erst mal ein großes Dankeschön an Flatfour für die super Notizen! Sonst findet man relativ wenig über tatsächlich durchgerechnete Ventiltriebe!
Ich hätte da nur noch eine Frage bezüglich des Trägheitsmoments Jk, des Kipphebels.
Jk ist ja ein Moment also [kg*m²] in deinen Notizen hast du allerdings für Jk 40g berechnet/ausgewogen, kann es sein das du damit m_L1 meinst? Also die Masse am Ende von L1?
...Oder besser gefragt wie hast du Jk bestimmt?
...Vielen Dank im Vorraus!
Gruß
Das Trägheitsmoment kg x mhoch2 wird zur Masse in kg, weil J / L1hoch2 = kg ergibt.
L1hoch2 ist eine Länge zum Quadrat eines Kipphebelarmes.
In der Summierung sind also nur addierte Massen.
Eigentlich wollte ich meine alte Zeichnung des Ventiltriebes einstellen...eigentlich...aber die handschriftliche Berechnung mit der Skizze der Massen suche ich noch.:( macht alles einfacher....wenn ich die finde.:)
Im Prinzip ist das wie gesagt nur eine Addition der Massen, nur ich meine die Ventilfedermasse kam zu 30% nur darin vor, also nicht die gesamte Masse. Und,und,und.
Übrigens bestätigte diese Berechung meine Vermutung: die meisten fahren zu harte Ventilfedern. Meine habe ich so zusammengestellt das an die 90 -110kg kommen. Ich habe hier auch welche die 140kg bringen(bugpack) und die SCAT die zwar 90kg Enddrruck haben,aber nur durch die grössere Länge. Die haben anfangs zu hohe Werte, weil die eben erstmal auf Einbauhöhe gestaucht werden müssen, und bei der Länge sind es schon..hmm.. meine so um 45kg. O.g. also eingebaute fangen erinnerungsmässig bei 36kg an. Hilft den Wirkungsgrad zu verbessern und man muss nicht einen Sonderanlasser mit 1,4kW kaufen. Es reicht der alte Käferanlasser. Und das alles geht sogar bis 7000U/min und 10:1 bei rel. schweren Massen; ich habe keine erleichterte Stössel oder so.
Und noch was: dein Prof hat recht, es ist ein Koppelgetriebe = drehende Bewegung in gradlinige Bewegung mit/ohne Übersetzung umwandelnd, aber der Ausdruck wirft immer blöde Fragen auf. Wir bleiben beim Ventiltrieb, ne?:D
Zitat:
Das Trägheitsmoment kg x mhoch2 wird zur Masse in kg, weil J / L1hoch2 = kg ergibt.
L1hoch2 ist eine Länge zum Quadrat eines Kipphebelarmes.
...alles klar dann ist dein Jk praktisch nicht das Trägheitsmoment des Kipphebels sondern das erg. von Jk/l1² also delta_m. Aber nun habe ich noch eine Frage .... wie hast du Jk bestimmt :)
Duch das lagern des Kipphebels am Drehpunkt und wiegen am Ende von L1? Also in etwa so wie man die rotierende Masse des Pleuels bestimmt?
Der rest der Rechnung ist doch recht ersichtlich! Nur habe ich noch extra den Haltekeil m4 dazu gerechnet (obwohl die 2g da auch nicht mehr groß was drehen^^)
Gruß
So, habe es gefunden, der einfachheithalber alles abfotografiert. Da ist auch mehr drin, z.B. die Nockenform und die Berechnung der Ventilbeschleunigung damit. Also, such dir was aus.
2g...na ja wenn es dadurch nicht zu lange dauert mit der Berechnung:D
Zum Trägheitsmoment.
Ich habe den Kipphebel vereinfacht. Wenn man sich den von der Seite anguckt, könnte man auch zwei 5mm dicke Dreiecke entsprechender Kantenlänge zusammenschweissen und dann ein Loch bohren. So habe ich gerechnet. Diese Grundflächen wie Dreiecke mit den Trägheitsformeln gibts ja in jedem Masch.-buch. PC programme für genaues Rechnen gibt's sicher. Nur, soooo genau lohnt nicht.
Das ist alles mehr oder weniger so: brauche ich 120kg oder komme ich mit 70kg Federdruck aus. So ungefähr.
Ne'n Richtwert. Der passt aber in der Praxis, echt.
Autofirmen fotografieren die Ventilfeder- nach wahrscheinlich obiger Berechnung und Festlegung - ob die flattert. Da ist soviel ungewisses und elastisches, plastisches Verformen drin, das geht nicht anders wie im Versuch mit 50 Federn als empirische Grundlage und ziemlich sicheren Ergebnissen. Nur mit 8 Federn können 1 oder 2 Ausreisser haben.
Beim Maikäfertreffen in Hannover sah ich vor Jahren die 3-fachfedern von Gene Berg; da dachte ich nur, das darf doch nicht wahr sein.
Stimmt! Besser stimmt nicht, brauchen wir nie und nimmer.
Tolle Abhandlung, flatfour.
Normalerweise müsste die Rechnung ja eigentlich auch ergeben haben, dass Serien-Federn mit Einbaudruck von 20-30kg manchmal nicht ganz reichen.
Ob man eine Tabelle erzeugen kann,...
Gesamtgewicht/gewünschte Drehzahl ---> erforderlicher Einbau/End-Druck
... Also als grobe Richtlinie
Dann hätten wir das ganze Thema mal an der Wurzel gefasst.:cool:
Nee, nutzt nicht viel. Haste mal geguckt wieviele Ventilfedersorten es gibt? Einzig den Sitz der Feder nachsetzen oder sein lassen, geht noch.
Beim Typ1 mit grossen Kanälen eh' nicht mehr.
Ganz wenige fahren mit Serienfedern, aus Sicherheitsgründen eben härtere. Einige aber mit deutlich zu hohen Kräften, weil iss overdressed.
Man muss auch auf den Ventilhub achten und der entscheidet ja über den möglichen Enddruck der Feder. Die o.g. Scatfeder hat den Vorteil das sie nur ..hm ich glaub so 4mm Drahtstärke hat. Die verträgt grössere Hübe ohne das die Windungen auf Block liegen. Nachteil ist eben der immer hohe Anfangsdruck, weil die so lang sind.
Ich weiss jetzt soviel, ich rechne nicht mehr. 100kg bis 7000U/min reicht. Ob nun für 50.000km oder nur 20.000km weiss ich noch nicht - immer Köppe geändert und neue, andere Federn genommen. Das Ventildomfräsen mit späterer Unmöglichkeit einfach mal so die V.-führung zu wechseln, ging mir auf den Geist.
Die GB-Köppe lassen am Auslass nur 1mm Fleisch bei Do.-federn übrig. Ich sag mal so: datt bricht wech beim Wechseln.
Und...natürlich musste dir so'n Messgerät bauen wo du die Federstärken ablesen kannst. Mit 'ner Personenwaage wo ein grosses Stück Hartholz oder Metallplatte drauf ist, geht; bei mir zumindest. So einfach die Feder draufpacken geht nicht. Die Wagge sackt zuviel ein und verfälscht die Messung.
hi,
es ist nochmal eine Frage aufgekommen ....
warum hast du die größte beschleunigung des Stößels als berechnungsgrundlage für die Massenkräfte des Ventiltriebs angenommen, also a_maximum?
Intressant ist ja für das Abheben des Ventils nur die negativen beschleunigungen also a_minimum, das wird dann erreicht beim Maximalhub.
Das würde heißen das die Federkraft immer noch viel zu hoch angenommen ist!
Denn eigentlich ist diese Maximalbeschleunigung a_max des stößels unrelevant beim auslegen der Feder gegen abheben des Stößels vom nocken...
Bei der Grafik die ich angehängt habe sieht man schon die Restkraft mit der der Stößel gegen die Nocke gedrückt wird in dem man den Abstand in Y-Richtung von Feder-Kraft-kurve und Massen-Kraft-Kurve nimmt. Hier sieht man auch das die Anpresskraft bei a_max am höchsten ist. Minimal wird sie in der Mitte (bei h_max)
...bitte berichtige mich wenn ich Falsch liege :)
Gruß
Ja du hast ja wohl recht, aber damals ,meine ich mich zu erinnern, kamen da eben zu niedrige Werte raus. Da habe ich gedacht, so kann das nix werden und nahm dann die Nockenkurve auf. Und da sieht man wie die "auf einmal abgeht". Diese Bereich sah ich als den an wo das meiste 'a' passiert.Der Stössel beschleunigt - unabhängig der Elemente und Feder und Trägheiten einschliesslich Gasdrücken - somit alles genauso; das ist die plastisch-elastische Verformung die keiner berechnen kann.
Und das Ergebniss war passend.
Mit erinnerungsmässig 50kg Enddruck bei 6200U/min kann man nix anfangen, Formel hin oder her. Da kann ich auch 'ne Kugelschreiberfeder einbauen.:D
Prinzipiell sah die ursprüngliche rechnerische Annahme so aus(s. Bild) also nicht sehr praxisnah. Du kannst das ja sicher per Programme heutzutage besser ausarbeiten.
Tipps haste jetzt, nur RICHTIG überlegen musst du. Für mich reicht das so, habs sogar damals meiner Frau vorgelegt und die hat abgenickt - alles tacco:D:D ......datt reicht!
Ob 'se jetzt nachgerechnet hat, datt weiss ich nich:p
Jo, wie ich oben schon schrieb, könnte man vieleicht mit Hilfe einer Excel-Tabelle jedes Grad Kurbelwinkel erfassen. Wenn die Federn immer straff genug sind, ändert sich ja an der eigentlichen Beschleunigung gar nüscht. Die ist meiner Meinung nach abhängig von der Drehzahl und der Form der Nockenwelle. Also hätte man eigentlich auch keinen Einfluss darauf, wie schnell das Ventil wieder aufsetzt. Da ist man denke ich abhängig vom Nockenwellen-Hersteller. Es soll ja Nockenwellen geben, die 'sanfter' aufsetzen und manche eben härter. Blos wie die Nockenwellen unterscheiden, wenn man keine vollständigen Kennlinien bekommt. Oder gab es da Deinerseits auch Untersuchungen, flatfour?
Die Kurve die ich machte kann jeder nachmachen der eine NW irgendwie drehbar (z.B. Im Gehäuse) lagern kann und mit dem Winkelmesser und Messuhr arbeitet.
Was mir nur damals auffiel ist, dass alle NW irgendwie gleiche Nockenformen haben. Und ich hatte seltene wie Schrick und Eagle für Typ4 hier zur Kontrolle. Scheint wohl der Weisheit letzter Schluss zu sein. Nur die -fällt mir gerade ein- die Schrick war etwas anders. Dann stellte ich fest das die einen unmöglichen Rundlauf hatte, so um 0,05mm und mehr, glaub' ich noch so zu wissen. Na, egal, uneinbaubar! Die gab ich zurück und die Verkäuferpappnase sagte nur, hätte er sich schon gedacht, wurde wohl verzogen beim Nitrieren. Der Pannemann hat gedacht, Hauptsache weg, verkauft. Seitdem und schon vorher....alles, alles nachmessen. Ist es passiert war's natürlich NIE die Welle, oder NIE die Kolben oder NIE die Lager.
Das war jetzt 'nen Abschweif, weiter...:
Dazu kommt aber noch die ungewisse Massenträgheit des Kurbeltriebes. Erleichtert man da kernig, geht die Chose auch schneller in die Drehzahlhöhe, die Kurve steigt rapider an, und schon biste raus aus deiner Exeltabelle mit den schönen Formeln.
Man kann nur festhalten das die ganze Geschichte mit harten Ventilfedern überbewertet wird. Einem Kollegen baute ich bewusst ( eben wegen meiner Erkenntnisse) die neuen Serienfedern ein (war ein Typ4) bei 296er Schleicher. Er hätte so, allein, zu HD- federn gegriffen, ganz klar. Der dreht nun die Welle bis weit über 6000U/min. no problem.
Allerdings drehen die Typ4 von haus aus schon höher, so 5000U/min. 30% des evtl. 40% Flatterangstzuschlages weggenommen ergibt 6500U/min. Auch nur mal so erwähnt. VW nahm nur 30%?
Na und, dann biste eben an der Grenze. Ist ja keine Dauerdrehzahl. Kann aber nicht sein, dass die nur 30% genommen haben, denn die Dinger flattern nicht bei ihm.
Es schont nunmal den Ventiltrieb.
Nochmal: meine Ausführungen sind eher was für Pi x Daumen. Es gibt zuviele Faktoren die ungerechnet plötzlich zuschlagen. Die Motorenfritzen machen nicht umsonst Hochgeschw.-fotos von Ventilfedern im angesagten Motor bei Nmax als Beweis ihrer "Annahme". Die sind sich auch nicht sicher.
Nachtrag: was wir brauchen sind elektrisch verstellbare Steuerzeiten; so mit kleinen E.-motörchen oder pneumat. Hubs auf'm Ventil. Schön vom Lenkrad aus zu drehen.:D
Zitat:
....Wenn die Federn immer straff genug sind, ändert sich ja an der eigentlichen Beschleunigung gar nüscht. Die ist meiner Meinung nach abhängig von der Drehzahl und der Form der Nockenwelle.....
...jop das ist genau richtig! h/a/v des Ventils ändert sich (zumindest beim Typ1/4) zur Kinematik des Stößels nur durch die Kipphebelübersetzung, und wenn die Feder zu schwach dimensioniert ist (Ventilflattern -> Stößel verliert Kontakt zur Nocke).
Aber ich begreife immer noch nicht wo mein Fehler in der Denkweise ist!?
Wenn der Stößel von dem Grundkreis (a=0) auf den Nocken trifft steigt die Beschleunigung fast "ruckartig" auf ihr Maximum (a_max) hierbei wirkt die Massenkraft des Ventiltriebs in richtung des Stößels AUF die Nocke (also in richtung der Federkraft), hier kann also garkein abheben des Stößels von der Nocke stattfinden.... erst wenn die beschleunigung zu einer verzögerung wird, zeigen die Massenkräfte von der Nocke weg...
...ungefähr wie beim Autofahren.... wenn ich voll auf's Gas latsche drückt es mich (ggf. mit dem richtigen Auto :D ) in den Sitz, vergleichbar Massenkräfte drücken den Stößel an die Nocke --> ich brauche keine Rückhalteeinrichtung, Sicherheitsgut....auf den Ventiltrieb übertragen Feder.
Steige ich jetzt aber voll in die Eisen --> Verzögern ziehen mich die Massekräfte aus dem Sitz in den Sicherheitsgut ...
beim Ventiltrieb Massekräfte drücken gegen die Federkraft, müssen aber kleiner wie diese sein....sonst Ventil flattern..
Wo liegt dann mein Fehler?? Denn wenn man es nach dem Weg ausrechnet landet man bei ein bischen mehr wie Vorspannkraft :(
Ich habe mal die Diagramme für Hub Besch. und Geschw. angehängt.
...wenn der Rechenweg mal steht ist eine Exel/Matlab Tabelle kein Hexenwerk mehr :)
Gruß
