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Nockenwellen: Gleitlager vs Kugellager
Hallo
Ich hoffe es stört euch nicht, wenn ich eine Allgemeine Frage über Motoren mal hier einstelle, da es im Mercedes-Forum doch die einen oder anderen Motorexperten gibt, wie es aussieht^^
Also erstmal vorweg: Ich weiß was eine Nockenwelle ist und was sie ''tut'' und auch was Gleitlager und Kugellager sind. :-)
Beim Stammtisch sprachen wir über das Thema Nockenwellen mit Gleitlagern auf Kugellagern umzubauen. ''Weil es besser so ist'' hieß es, aber keiner wusste eigentlich warum. xD
Könnt ihr mir bitte eine fundierte Antwort geben, warum es so besser sein soll oder vielleicht auch nicht? Danke^^
Gruß Juliana
Beste Antwort im Thema
Hallo,
die frage bezieht sich ja jetzt vermutlich auf PKW Motoren.
Im regelfall wird die Nockenwelle zw. jedem Zylinder gelagert, wollte man das mit Wälzlagern machen, müsste die Lagerstelle so groß im Durchmesser sein, wie der Durchmesser den der höchste Punkt eines Nockens auf einer Umdrehung beschreibt. Ansonsten müsste man mit teilbaren Wälzlagern arbeiten.
Hinzu kommt, das man die Lagersitze der Wälzlager sowohl auf der Welle, wie im Zylinderkopf genauso genau bearbeiten müsste, wie die Lagersitze einer Gleitlagerung + die kosten der Wälzlager u. ihrer Montage.
Eine Wälzlagerung ist also teurer u. benötigt mehr "Bauraum" + vermutlich etwas höheres Gewicht, da insgesamt etwas mehr Material benötigt wird.
In der Serienfertigung ist die Gleitlagerung einfach preiswerter u. technisch besser zu beherrschen.
MfG Günter
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15 Antworten
Hallo,
die frage bezieht sich ja jetzt vermutlich auf PKW Motoren.
Im regelfall wird die Nockenwelle zw. jedem Zylinder gelagert, wollte man das mit Wälzlagern machen, müsste die Lagerstelle so groß im Durchmesser sein, wie der Durchmesser den der höchste Punkt eines Nockens auf einer Umdrehung beschreibt. Ansonsten müsste man mit teilbaren Wälzlagern arbeiten.
Hinzu kommt, das man die Lagersitze der Wälzlager sowohl auf der Welle, wie im Zylinderkopf genauso genau bearbeiten müsste, wie die Lagersitze einer Gleitlagerung + die kosten der Wälzlager u. ihrer Montage.
Eine Wälzlagerung ist also teurer u. benötigt mehr "Bauraum" + vermutlich etwas höheres Gewicht, da insgesamt etwas mehr Material benötigt wird.
In der Serienfertigung ist die Gleitlagerung einfach preiswerter u. technisch besser zu beherrschen.
MfG Günter
Dazu kommt dass das Gleitlager dank Druckumlaufschmierung verschleißfrei läuft während das Kugellager konstant immer weiter verschließt. Nur beim Motorstart dreht das Gleitlager für den Bruchteil einer Umdrehung mit Kontakt zur Lagerschale.
Außerdem hält ein Gleitlager höhere Belastungen aus als ein Gleitlager
Hallo!
Wobei noch dazu zu sagen wäre, das alle Motoröle während des Betriebes durch ein billiges Additiv auf den Lagerflächen immer wieder eine dünne Metallschicht ablagern. Dadurch findet auch bei diesem ersten Drehen kein echter Metall/Metall Kontakt der Bauteile statt, sondern es wird nur diese einige Molekühle dicke Schicht gestört. Kurz darauf ist dann die Drehgeschwindigkeit groß genug damit der Ölrest im Lager einen Schmierkeil aufbaut, der ausreicht bis dann eine Sekunden später Nachschub aus der Ölpumpe kommt. Was erklärt warum kalt niederviskose (0Wxx) Vollsynthetiköle beim winterlichen Kaltstart so wichtig sind. Das Öl ist schneller an der Schmierstelle. Ein Grund warum Motoren heute so unglaublich lange halten. Mit einem 15W40 ist jeder Start im Winter ein Schritt näher zum Schrottplatz.
Kugellager haben, richtig bemessen, eine niedrigere Reibung als Gleitlager. Bei kurzen Wellen mit zwei Lagern an den Enden können sie Gleitlager ersetzen. Also bei Nockenwellen für 1 und 2 Zylinder oder auch Boxer, Motorrad und Modellmotoren.
Bei "richtigen" Motoren findet man sie im Motor noch bei schwingungsdämpfenden Ausgleichswellen, denn die drehen mit doppelter Motordrehzahl und sind sonst nicht besonders stark belastet.
Gruß!
Wälzlager / Rillenkugellager entwickeln einen ändernden Reibungswiderstand abhängig von Fn und n.
Das nur zum Punkt mit dem geringeren Laufwiderstand.
Bei hoher Drehzahl sind die Verformungen dermaßen groß das ein Gleitlager verlustfreier laufen kann.
Absolute Grundlage für die Auslegung ist die Belastungsart. Bei Kettentrieben kann an der naheliegendsten Lagerstelle Wälzlager verbaut sein weil eine stetige, große Last vorliegt.
Am Rest der Nockenwelle sind die Lastzustänge stark schwankend und dies können nur Gleitlager bewälten oder "Überdimensionierte" Wälzlager.
Darüber hinaus sind Wälzlager nicht verschleißfrei und deshalb anfälliger.
Es spricht nichts für eine Wälzlagerung im Nockenbereich.
Zitat:
Original geschrieben von Tobulus
Außerdem hält ein Gleitlager höhere Belastungen aus als ein Gleitlager
Also das verstehe ich irgendwie nicht. :D
Hallo
Danke für die zahlreichen Antworten, bin jetzt doch um einiges schlauer geworden auf dem Gebiet :-)
Zitat:
Original geschrieben von 4matic Guenni
Hallo,
die frage bezieht sich ja jetzt vermutlich auf PKW Motoren.
Zitat:
Original geschrieben von turbochris22397
Kugellager haben, richtig bemessen, eine niedrigere Reibung als Gleitlager. Bei kurzen Wellen mit zwei Lagern an den Enden können sie Gleitlager ersetzen. Also bei Nockenwellen für 1 und 2 Zylinder oder auch Boxer, Motorrad und Modellmotoren.
Bei "richtigen" Motoren findet man sie im Motor noch bei schwingungsdämpfenden Ausgleichswellen, denn die drehen mit doppelter Motordrehzahl und sind sonst nicht besonders stark belastet.
Gruß!
Turbochris vermutung liegt nahe, ich hätte es auch besser gleich erwähnen sollen. Gesprächsthema war eine alte Kawasaki aus den 60ern mit einem Reihenzweizylinder, für den es in den Staaten Umbausätze gibt.
Neuer Zylinderkopf mit größeren Aussparungen für die Kugellager die auch schon auf die Nockenwelle fertig aufgepresst geliefert werden. Plug&Play Kit sozusagen, wobei die Kugellager schon um einiges größer Dimensioniert sind.
Der Motor hat eine Steuerkette.
Womit auch rshunters Beitrag von mir beantwortet wurde^^:
Zitat:
Original geschrieben von rshunter
Absolute Grundlage für die Auslegung ist die Belastungsart. Bei Kettentrieben kann an der naheliegendsten Lagerstelle Wälzlager verbaut sein weil eine stetige, große Last vorliegt.
Am Rest der Nockenwelle sind die Lastzustänge stark schwankend und dies können nur Gleitlager bewälten oder "Überdimensionierte" Wälzlager.
Darüber hinaus sind Wälzlager nicht verschleißfrei und deshalb anfälliger.
Es spricht nichts für eine Wälzlagerung im Nockenbereich.
Den Link zum Angebot finde ich derzeit nicht aber ich weiß nur, das der Grund dort auch nicht angegeben wurde, weshalb es gut sein soll. xD Nur der Preis über 745$.^^
Gruß Juliana
Hi!
Diese Umrüstkits werden sicher im Austausch geliefert?
Ich würde mal vermuten, das diese Motoren einen besonders hohen Verschleiß an der Nockenlagerung hatten. Ob daran nun schlechtes Öl (Gerade Oldtimerfreunde sind oft völlig unbelehrbar und darum sehr hartnäckig darin, wertvolle alte Motoren mit minderwertigem, angeblich für diese Konstruktionen besserem Öl zu zerstören.), eine unüberlegte Konstruktion oder eine schwache Ölpumpe schuld ist, sei dahin gestellt.
Ein Vorteil von Kugellagern ist ihr geringer Ölbedarf, was Volumenstrom und Druck angeht. Im Vergleich zum Gleitlager. Dazu noch der Charme das sie zu radialen auch geringe axiale Kräfte aufnehmen können. Wenn nun die ursprünglichen Gleit- Lagerstellen und Anlauflager zerstört sind, kann man als Reparatur eine simple Kugellagerung einsetzen. Da die mehr Platz benötigt, bohrt und schleift man die Schadstellen weg und "füllt" einfach die Luft mit einem einigermaßen passenden Kugellager.
Vermutlich hält das genauso gut oder besser als das alte Konstrukt, zumal solche restaurierten Fahrzeuge selten einen Dauertest ertragen müssen. Geht es wieder kaputt ist die Garantie eh schon Jahre abgelaufen. Natürlich versucht der Verkäufer so eine Notlösung noch mit Vorteilen zu "vergolden". Also Leistungssteigerungen oder ruhigerem Lauf. Na ja, Marketing eben.
Grundsätzlich ist aber ein Kugellager ein Verschleißteil, spöttisch könnte man sagen das es bereits kaputt geliefert wird und im Betrieb nur noch kaputter wird... wie mir mal ein alter Maschinenbauer sagte.
Trotzdem können sie natürlich durchaus sinnvoll sein. Denn nicht in jeden Akkuschrauber oder jedes technische Spielzeug lohnt es eine Druckumlaufschmierung einzubauen. Auch in Radnaben halten sie erstaunlich lange oder auch an Zweitakterwellen.
Aber wie schon in den Post vorher erwähnt, im Motor haben sie heute eigentlich kaum noch etwas zu suchen.
Wenn man Kugellager mit modernen Methoden untersucht, haben sie in der Tat gruselige Eigenschaften im Kraftfluss und den damit verbundenen Verformungen. Eigentlich ein Wunder das sie überhaupt irgendwie funktionieren. Aber früher wusste man das eben nicht, darum hielt es :-)
Gruß!
Das Thema ist einerseits sehr alt, andererseits doch immer wieder aktuell. In erster Linie verhindern zwei Gründe die Einführung von Wälzlagern (Kugellager sind nur ein Spezialfall hiervon) in modernen Motoren: die Kosten und die Beriebssicherheit.
Aber auch hier gibt es Beispiele, wie Wälzlager erfolgreich in Großserien eingesetzt werden, z.B. bei den Rollenschlepphebeln bei BMW, Audi oder Anderen.
Es gibt auch immer wieder Versuche einen kompletten Motor auf Wälzlager umzurüsten. Hier der letzte mir bekannte Versuch:
http://www.fev.com/data/documents/spectrum23.pdf
Übrigens fährt ein jeder von uns mit ählich dimensionierten Wälzlagern herum, wie sie für die Kurbelwelle eines Benziners benötigt werden - nämlich im Getriebe.
Bei einem Diesel würde ich wegen geringeren Drehzahlen (geringeres Sparpotential) und enormen Zünddrücken von bis zu 200 bar (=Schläge aufs Lager mit über 100 kN) z.B. beim OM651.
Hi!
Auch wenn das jetzt etwas speziell wird, natürlich gab es jede Menge Motoren mit Wälzlagern. Damit man die Dinger auf die Kurbelwelle basteln kann, gab es in der eine Teilung mit Hirth-Verzahnung. Porsche 4-Zylinder... brauchten wenig Öldruck und konnten kurzfristigen Ölmangel gut ab. Produktionskosten vermutlich astronomisch. Blöde ist, das die Wellen unausweichlich zu Totalschäden werden, weil die Oberfläche durch das Walken der Rollen irgendwann wegbröckelt. Sehr kapriziöse Motoren.
Bei Kipphebeln sind Nadellager natürlich auch gut zu gebrauchen. Da die nicht drehen, sondern oszilieren, klappt das mit dem Schmierkeil nicht so gut. Der lebt nun mal von der Drehung.
Umbau auf Nadellager ist da gängige Tuningpraxis beim Ami-V8 und alten Motoren mit untenliegender Nockenwelle. Für höhere Drehzahlen und Federdrücke. Um Langlebigkeit geht es dabei nicht in erster Linie.
Aber ich glaube wir sind uns einig, so richtig wichtig sind Rollen, Nadeln und Kugeln im Motor zur Zeit nicht. Selbst im Getriebe wird, wo es geht, gerne mal ein Gleitlager verwendet. Oft auch mit einer kleinen Ölpumpe. Das ist schon etwas exotisch, aber da fängt der Spaß ja an...
Gruß!
Hallo
Also die Firma bietet generalüberholte Köpfe an, die zudem diese Bearbeitung/Umrüstung erfahren (sowie auch schleifen/polieren der Kanäle etc. auf wunsch, aber das ist ja nicht von belang). Man kann auch selber den eigenen Zylinderkopf einschicken.
Einen besonderen Verschleiß haben diese alten R2-Motoren eig. nicht. Die besagte Kawasaki von 62 hat noch den Original Motor drin und ist unauffällig in der Funktion. Auch in der Szene sind die eig. als sehr robust und problemlos bekannt.
Über das Angebot ist man halt nur per Zufall gestolpert^^
Danke auch für die nachgereichten Infos^^
Gruß Juliana
Zitat:
Original geschrieben von peters190
Das Thema ist einerseits sehr alt, andererseits doch immer wieder aktuell. In erster Linie verhindern zwei Gründe die Einführung von Wälzlagern (Kugellager sind nur ein Spezialfall hiervon) in modernen Motoren: die Kosten und die Beriebssicherheit.
Hallo,
da kommt noch etwas dazu: Wälzlager reagieren zum teil sehr empfindlich auf "Fluchtungsfehler" u.
auf Verformung der Bauteile durch mechanische Belastung, Thermischen Verzug.
Eine Gleitlagerung ist diesbezüglich deutlich unempfindlicher.
MfG Günter
Zitat:
Original geschrieben von skynetworld
Zitat:
Original geschrieben von Tobulus
Außerdem hält ein Gleitlager höhere Belastungen aus als ein Gleitlager
Also das verstehe ich irgendwie nicht. :D
Die tragende Lagerfläche ist ein Vielfaches größer beim Gleitlager - 100% sozusagen. Das zweite "Gleitlager" sollte sicherlich keines sein ;-)
Gruß Reinhard
Hi!
Wälzlager (natürlich auch Kugellager) habe erst mal eine theoretisch unendlich kleine Auflagefläche, an der es bei Last zu einem unendlich hohen Druck pro qmm kommt. Erst durch eine Verformung gibt es eine Tragfläche. Die sieht wie ein Autoreifen auf der Straße aus. Dieses Walken zerstört früher oder später unweigerlich das Lager.
Gleitlager sehen da viel besser aus und laufen berührungslos auf dem hydrodynamischen Schmierkeil der sich durch die Bewegung im Lagerspalt aus dem Öl bildet. Theoretisch könnten sie also ewig halten.
Ein Wälzlager dagegen muss einfach irgendwann zerbröseln.
Wo übrigen Kugellager einen gewaltig großen Fortschritt bringen, sind Turbolader. Da gibt es inzwischen unglaubliche Teile aus Keramik, die 150.000 Umdrehungen wie nix wegstecken. Durch die geringere Reibung kommt der Lader viel schneller auf Touren, was gerade beim normalen Fahren Verbrauch und Abgas positiv beeinflusst.
Aber das ist etwas OT...
Zitat:
Original geschrieben von turbochris22397
Da gibt es inzwischen unglaubliche Teile aus Keramik, die 150.000 Umdrehungen wie nix wegstecken.
MIR würde da ja schwindlig werden. :D