Beschleunigungskräfte am unteren Pleuellager

[Gerd]

Hallo Gemeinde,
wünsche zunächst mal wohl gerutscht zu haben - auf ein gutes neues 2016!

Nun zur Frage - an die anwesenden Ingenieure:
angenommen, die Kurbelwelle dreht sich mit ~6000/min. Dann wird ja das Gewicht von Kolben und Pleuel 6000 x je Minute auf eine gewisse Geschwindigkeit beschleunigt und wieder auf 0 (OT & UT) abgebremst.

Nehmen wir mal das Gewicht mit 700g (Kolben) und 300g (Pleuel) an, und ignorieren mal die Rotation / Oszillation des unteren Pleuelteils.

Meine Frage bezieht sich auf die dabei auftretenden Kräfte am unteren Pleuellager: wie hoch sind diese reinen Beschleunigungskräfte im Vergleich zu der Kraft, die durch die Verbrennung entsteht? Mir pers. kommt es dabei nicht so auf die absoluten Zahlen an, sondern nur auf die groben Verhältnisse. Sind die Beschleunigungskräfte also 2x oder 10x so hoch?

(Mich interessiert, wie sich z.B. leichtere Kolben und gleichzeitig erhöhte Verdichtung auswirken.)

[traebbe]

Hallo Gerd,

ich kann dir ja auf deine Frage keine Antwort geben, weil ich nicht Inschenöör bin und auch sonst über die Auftretenden Kräfte nicht soo viel weiss, ausser dass bei einem Kurbelwellenbruch schonmal der Anlasser nach oben gebogen wird, die Kräfte müssen da dann schon enorm sein, aber:


darauf einen , oder 2

[MM]

Was ich noch weiß (lang ists her):
Beim Diesel- und beim aufgeladenen Otto-Motor überwiegen die Druckbelastungen. Beim Otto-Saug-Motor sind die Zugkräfte aber bedeutend für die Auslegung.

[kurt49]

Hier kannst Du Dir das Gewünschte berechnen lassen
oder mit diesen Formeln selbst berechnen.

[Euklid55]

Hallo,

gehe mal von 100g aus. Im dem Fall macht das 100kp Zugkraft/Druckkraft. Dazu gesellt sich ein Vakuum von rund 70kp. Die Verbrennungsdrücke sind größer, jedoch gehen die von der Beschleunigung ab. Wenn was knallt beim Saugmotor, dann immer hohe Drehzahl, Vergaser geschlossen und Kolben in der Abwärtsbewegung.

Hallo Gerd,

ich kann dir ja auf deine Frage keine Antwort geben, weil ich nicht Inschenöör bin und auch sonst über die Auftretenden Kräfte nicht soo viel weiss, ausser dass bei einem Kurbelwellenbruch schonmal der Anlasser nach oben gebogen wird, die Kräfte müssen da dann schon enorm sein, aber:


darauf einen , oder 2

Hier tritt ein anderes Problem auf, die Massenträgheit. Die beschleunigte Masse vom Kurbeltrieb muß abgebremst werden. In der Zeit =0 werden die Kräfte unendlich groß.

Gruß
Walter

[mfro]

Hier kannst Du Dir das Gewünschte berechnen lassen

Kann man. Bloß ist die Rechnung meiner bescheidenen Meinung nach leider falsch.

"HaJo-Power" scheint mit dem Hub zu rechnen statt mit dem Kurbelradius, was die ausgeworfene Beschleunigung im OT (und damit natürlich auch die Massenkräfte) um den Faktor 2 zu groß werden läßt. Die angehängte Excel-Datei sollte hoffentlich richtig rechnen.

Zusätzlich sollte man das Ergebnis natürlich richtig interpretieren.

Der Spitzendruck (und damit die maximale Lagerbelastung aus der Verbrennung) fällt bei der Drehzahl maximalen Drehmoments an und flacht darüber (wegen steigender Atemnot) ab.

Die maximale Lagerbelastung aus der oszillierenden Massenkraft gibt's dagegen bei Maximaldrehzahl (man sollte da also eher 8000 1/min oder noch mehr eintragen, weil der Kurbeltrieb bei einem Gangspringer ja auch nicht gleich auseinanderfliegen soll). Außerdem fehlen in der Rechnung natürlich die Reibkräfte zwischen Kolben und Zylinderwand und die Kräfte aus dem Gegendruck im Kurbelgehäuse, für die man zusammen sicher noch mal 10% draufschlagen kann.

[Gerd]

Moin Markus,
hervorragend! Genau was ich wissen wollte!

D.h., entgegen meiner Eingangsvermutung ist also die Kraft durch den Verbrennungsdruck höher.

Die Kraft infolge Verbrennung erreicht bei sagen wir mal 4000 ihren Maximalwert (~41 kN), dort sind dann die Beschleunigungskräfte nur ~8 kN.

Berücksichtigt man die "Atmungsverluste" jenseits des max. Drehmoments, dann wäre vielleicht bei 6500/min die Kraft infolge Verbrennung ~20kN (=50% Verlust - realistisch oder zu hoch?) und erst jetzt "überholen" die Beschleunigungskräfte mit ~21 kN.

Bei 8000 steht es dann 20 zu 41.

[hubi]

Vor einigen Jahren hab ich das mal durchgerechnet, hier ist das Diagramm dazu. Die Rohdaten muss ich suchen, sind auf ner externen Platte.

[mfro]

Berücksichtigt man die "Atmungsverluste" jenseits des max. Drehmoments, dann wäre vielleicht bei 6500/min die Kraft infolge Verbrennung ~20kN (=50% Verlust - realistisch oder zu hoch?) und erst jetzt "überholen" die Beschleunigungskräfte mit ~21 kN.

Das ist zu hoch gegriffen.

Mit P = M * n * ᴨ / 30000 (n in 1/min, P in KW) kannst Du Leistung und Drehmoment direkt ineinander umrechnen. Das ergibt (mit den Werksangaben zur R100GS) einen "Atemnot-Verlust" zwischen max. Drehmoment und max. Leistung von ca. 20% (mit den - wahrscheinlich etwas geschönten - Werksangaben zur R100CS nur etwa 6%).

Dann kann man sich noch fragen, ob der Spitzendruck von 60 bar für den Serienmotor nicht ein wenig hoch angesetzt ist (ich hab' auf die Schnelle nichts passendes gefunden, 60 bar ist ungefähr typisch für einen relativ aktuellen, nicht aufgeladenen 4-Ventil Pkw-Motor). Gefühlsmäßig würde ich eher darunter schätzen.

[kurt49]

Kann man. Bloß ist die Rechnung meiner bescheidenen Meinung nach leider falsch...

Hab' ich zu der späten Stunde nicht nachgerechnet.
"Hajo" rechnet tatsächlich mit dem Hub : document.formularkurve.akmax.value= h/1000*(2* Math.PI * nmax / 60)*(2* Math.PI * nmax / 60)*(1+lampl);

Wenn man noch in Deinem Excelsheet für die Pleuellänge 135mm einsetzt, stimmts wohl ziemlich genau