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Es kurbelt die Welle

„Hier, anhängend, ist die Zeichnung, ich hoffe, es ist diesmal die richtige…“ Absendezeit dieser Email ist 05.50 Uhr. „Sag mal, hast Du Dein Bett zwischen den Regalen im Teilelager aufgeschlagen?“ war meine Replik.

Ich hatte Wolfgang aus dem Teilelager der GmbH in Lauffen gebeten, mir eine technischen Zeichnung aus dem Heinkel Werkszeichnung-Konvolut herauszusuchen und für mich zu kopieren. Wolfgangs Begründung für diese ungewöhnliche Arbeitszeit war, daß eine solche Suche nur vor Geschäftsbeginn erfolgreich sein könne. Danke, lieber Wolfgang, für Deine Sonderschicht.

Es geht um die Zeichnung des rechten Kurbelgehäuseteils des A1/A2 Motors. Schon kurz nach Beginn meines 2. Heinkelfrühlings, etwa 1987, hatte ich festgestellt, daß bei vielen, wenn nicht sogar den meisten Motoren der Lagersitz des rechten Kurbelwellen-Lagers 6305.C3 ausgeschlagen, ausgearbeitet bzw. durch Montage und Demontage zu gross geworden war, also Übermaß zeigte. Es konnte dann festgestellt werden, daß sich meist der Außenring des Lagers mitgedreht und damit das Problem noch verstärkt hatte.

Es kann hier nicht mit anerobem Lagerklebstoff gearbeitet werden, wie zur Not bei dem linken KW-Lager; das rechte Lager soll sich bei betriebswarmem Motor im Außensitz selbst axial ausmitteln können, um keine große axiale Pressung aufnehmen zu müssen; es ist ein sog. Loselager. Außerdem verbietet sich dies durch den Montagevorgang selbst. Schlimmer Nebeneffekt war dann immer eine kaum vernünftig einstellbare Zündung, da das radiale Spiel, hier im Zündnockenbereich, besonders bei betriebswarmem Motor zu groß wurde. Ein erster Versuch vor Jahren mit einer 1mm Stahlbuchse erwies sich als unpraktikabel. Nebenbei wurden dadurch die drei Ölrückführnuten im Querschnitt zu klein.

Nun liegt mir dank Wolfgangs Zeichnungskopie die Passung der beiden KW-Lagersitze vor. Es ist eine P6 Passung aus der DIN Norm DIN-7157.  Das heißt, das Fertigungsmass von 62,0mm kann  mit einer Toleranz zwischen -26µm und -45µm  behaftet sein. Also ein Untermaß von -0,026mm bis -0,045mm bekommen. Dies gilt für Lagergrössen mit dem Aussendurchmesser von 50 bis 80mm, selbstverständlich immer bei 20°C gemessen.

Mit dem Lagersitz-Problem hatte ich mich erst wieder ernsthaft befasst, als ich Näheres über die sog. Metallspritztechnik erfuhr. Ein Kontakt mit der Firma BEROLINA Metallspritzen bei Berolina Metallspritztechnik Wesnigk GmbH zeigte deren Bereitschaft, sich dankenswerterweise auch mit dieser Kleinigkeit abzugeben. Sie, die Firma, gehört zu den führenden Unternehmen auf diesem Gebiet der Technik.

Besonders gefiel mir, daß mein Ansprech-Ingenieur auf meine Anfrage und Bitte hin eine Bilddokumentation des Vorganges erstellte und eine erbetene Freigabe der Daten sowie Bilder für diesen Bericht problemlos erteilte.

Der Vorgang:

  • Bauteil spannen und ausrichten,

Ws 2017-01 Lager_2

 

  • Vorbereitung der aufzubauenden Fläche, z.B. durch Vordrehen mit einem Raugewinde, 

Ws 2017-01 Lager_3

 

  • die nicht zu beschichtende Fläche wird maskiert.

Ws 2017-01 Lager_4

 

  • die Beschichtungsfläche wird gestrahlt um eine gut aufgeraute Fläche zu bekommen, es wird diese aufgeraute Oberfläche benötigt, da die Partikel aufgrund mechanischer Verklammerung mit dem Untergrund haften,
  • Beschichten der Fläche mit einer Nickelbasislegierung im Lichtbogenspritzverfahren, dies erhöht nochmals die Haftung der Deckschicht auf dem Grundwerkstoff,
  • Beschichten mit bero-arc alloy 60-130 (Bronze-Stahl) im Lichtbogenspritzverfahren,

Ws 2017-01 Lager_5

  • Bauteil demaskieren
  • Bauteil erneut spannen und ausrichten, Beschichtung auf geforderten Durchmesser ausdrehen,

Ws 2017-01 Lager_6      Ws 2017-01 Lager_7 

 

(Die Beschriftung "64mm" rührt daher, dass diese Gehäusehälfte vorher mit einer 1mm starken Stahlbuchse versehen, also auf 64mm ausgedreht war.)

In diesem Fall wurde der neue Sitzdurchmesser nun auf 61,970mm gebracht.

Die Haftung des aufgebrachten Metalls beruht tatsächlich auf einer mechanischen Verklammerung mit dem Untergrund. Ein ganz wichtiger Aspekt und Vorteil dieser Technik ist eine nur geringe Erwärmung des Bauteils bis etwa 80°C. Ein Bauteil-Verzug wie bei dem Aluminium-Auftragsschweissen ist damit ausgeschlossen.

Am fertigen Teil habe ich dann innerhalb ’zig Test-Reihen das dynamische Verhalten bei verschiedenen Temperaturen ausspioniert.

Bei einem Versuch vor Jahren an einem Neu-Motorblock (Lagersitz 61,960mm) hatte ich z.B. notiert, daß ein raumwarmes Lager 6305 bei etwa 80°C Gehäusetemperatur in den Sitz fällt. Das Lager erwärmt sich dann selber auch, dehnt sich aus und sitzt damit fest. Erst bei etwa 110°C Gehäusetemperatur fällt es von allein wieder heraus. Die unterschiedlichen Temperatur-Koeffizienten der Metalle Stahl/Aluminium spielen hierbei ihre entsprechende Rolle ebenfalls mit.

Die nun reparierte Blockhälfte zeigt sehr ähnliche Ergebnisse. Da am Motorblock an dieser Stelle, bei längerem Vollgasbetrieb im Sommer, wohl eher höchstens 80°C zu messen ist und das ebenfalls warme Lager sich freiwillig erst bei ~110°C herausbewegt, dürfte überschlägig mit einem "Anpressdruck von gut 0,01mm" bei betriebswarmem Motor auszugehen sein. Es dreht sich also kein Außenring mit.

Die aufgespritzte Bronze-Stahl Legierung besitzt einen anderen Elastizitätsmodul als der originale Alu-Sitz. Es lässt sich davon ausgehen, daß der neue Sitz dauerhafter maßhaltig bleibt, weil nicht so nachgiebig.

Was sich in der Praxis natürlich noch bewähren muss, ist die Kombination Aluminiumguss mit der Nickel-Bronze-Stahl Aufspritzung. Dies in Hinsicht der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten als auch der verschiedenen Elastizitäts-Moduln.

Dieser El.-Modul „E“ zeigt das Verhältnis von (mech.) Spannung zu Dehnung. Aluminium z.B. ist mit dem Wert 70000 N/mm² und Eisen mit 196000 N/mm² in den einschlägigen Tabellen aufgeführt.

Ein paar Worte zum 6305.C3 Rillenkugellager:

  • Es ist ein Lager mit erhöhter Lose. Diese sog. ‚Lagerluft’ ist ein konstruktives Merkmal.
  • Die radiale Lagerluft eines z.B. 40mm C.3 Rillenkugellagers beträgt mind. 15µm und max. 33µm.
  • Die axiale Lagerluft beträgt das 8,5 bis 10-fache der radialen Lagerluft, bei diesem Beispiel also max  ~0,3mm.
  • Die Radial-Luft vermindert sich entsprechend mit einer festen Passung, innen als auch aussen, des Lagers.
  • Unterschiedliche Temperaturen zwischen Innen- und Aussenring können dies ebenfalls bewirken.
  • Es ist nicht zuletzt eben diese thermische Dynamik eines Verbrennungsmotors, welche in diesem Bereich eine Lagerung mit ‚erhöhter Lagerluft’ erfordert.

Meine Lager-Einsetz- als auch Ausbau-Methode:

  • Zur Schonung der Lagersitze im Gehäuse / Block ist es sehr empfehlenswert, bei Ein- und Ausbau von Lagern die Gehäusehälften zu erwärmen.  
  • Ein auch nur zufällig herumliegender Stahlhammer wird vorher weggeschlossen!!
  • Bewährt hat sich bei mir zum KW-Lager-Einbau: die Gehäusehälfte auf etwa 90°C erwärmen, z.B. mit Heissluftpistole, Kochplatte, jedoch nicht mit Flamme. Lager hineinfallen lassen, bzw. rechts die Kurbelwelle mit dem aufgestzten Lager einsetzen.
  • KW-Lager-Ausbau: Gehäuseteil auf etwa 110 bis 120°C erwärmen. Das Lager fällt selbstständig oder durch leichten Druck heraus, bzw. die Kurbelwelle mitsamt Lager kann herausgezogen werden.
  • Auf diese Weise kann mit langer Maßhaltigkeit der Sitze gerechnet werden.

Meine Hoffnung ist, daß mittels der sog. Metallspritztechnik einige Motorblöcke vor dem ‚Beiseitelegen’ gerettet werden, somit nicht in der Alu-Schmelze landen, um uns dann eines Tages in Form von Haushalts-Alufolie wiederzubegegnen.

Allen Heinkel-Freunden allzeit „Gute Lagersitze“

wünscht Klaus. (HCD-3072)

 

 

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