Quetschkante

Mahlzeit,

ich wärme hier auf, weil ich auch gerade vor einer geöffneten G/S mit SR Powerkit stehe. Diese P&P-Kanten dürfen natürlich nicht so bleiben ;)

20171022_kolben+zk.jpg

Ich hab hier mal ein wenig rumgeschaut und komme zu dem Eindruck, dass Quetschflächen mit 18° (Zylinderkopf) und 16° (Kolben) zur Horizontalen nicht ganz verkehrt wären.

Wenn diese Kanten verschwinden sollen, müsste man am Kopf außen gleich bei 1,2mm Tiefe beginnen und unter den erwähnten 18° nach innen fahren. Das würde den Durchmesser der Kalotte um einen reichlichen Millimeter verringern. Genügend Platz bis zu den Sitzringen würde verbleiben.

Analoge Vorgehensweise beim Kolben (mit 16°) würde (nach Papierform) die Kalotte fast unangetastet lassen.

Anschließende Feinarbeit von Hand und Kürzen des Zylinders, um eine angemessene Verdichtung zu erzielen, stünden dann auch noch an.

Nun die Frage: Hat einer der Anwesenden das ganze Spiel auch schon mal durchgerechnet und ausgeführt und mag seine Erfahrungen kund tun? Wir brauchen das Rad ja nicht jedes Mal neu erfinden ;;-)
 
Liber Michel,
ich glaube, es geht nicht um konkrete Gradangaben. Entscheidrnd ist nur, dass sich die Quetschkante zur Brennraummitte hin möglichst gleichmäßig und ohne Kanten öffnet. Darum brauchst du am Kopf eine geringfügig größeren Winkel als am Kolbenboden. Ob 16/18 oder 6/8, ist eigentlich egal. Und dann musst du den Kolbenrückstand in OT auf etwa 1 mm zurück nehmen, damit es überhaupt zu einer Quetschung kommt!
Bei deiner Skizze würde ich v.a. die Kanten weg machen, sowohl auf dem Kolbenboden als auch im Kopf. Und dann: s.o.
LG Zoltan
 
mschenk schrieb:
Mahlzeit,

ich wärme hier auf, weil ich auch gerade vor einer geöffneten G/S mit SR Powerkit stehe. Diese P&P-Kanten dürfen natürlich nicht so bleiben ;)

Anhang anzeigen 194209

Ich hab hier mal ein wenig rumgeschaut und komme zu dem Eindruck, dass Quetschflächen mit 18° (Zylinderkopf) und 16° (Kolben) zur Horizontalen nicht ganz verkehrt wären.

Wenn diese Kanten verschwinden sollen, müsste man am Kopf außen gleich bei 1,2mm Tiefe beginnen und unter den erwähnten 18° nach innen fahren. Das würde den Durchmesser der Kalotte um einen reichlichen Millimeter verringern. Genügend Platz bis zu den Sitzringen würde verbleiben.

Analoge Vorgehensweise beim Kolben (mit 16°) würde (nach Papierform) die Kalotte fast unangetastet lassen.

Anschließende Feinarbeit von Hand und Kürzen des Zylinders, um eine angemessene Verdichtung zu erzielen, stünden dann auch noch an.

Nun die Frage: Hat einer der Anwesenden das ganze Spiel auch schon mal durchgerechnet und ausgeführt und mag seine Erfahrungen kund tun? Wir brauchen das Rad ja nicht jedes Mal neu erfinden ;;-)
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Da hab ich mal nen Abguß von gemacht;)
IMG_0993.jpgIMG_0994.jpgIMG_0992.jpg
 
MM schrieb:
Wie geht denn das?
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Wenn man dazu weiches 2K-Silikon nimmt, kann man auch Kanäle abformen.
Das ist so weich, dass man es ganz leicht aus dem Kanal auch wieder rausbekommt.
Dann sieht man viel deutlicher, wo Unterschiede sind.

Rechts original R100GS, links nach Bearbeitung durch Hartmut Lohmann.

Gruß, Rudi
 

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Nachdem dieses Thema nochmal nach oben kam, muss ich meinen Senf dazu auch mal ablassen.

Wozu ist die Quetschkante denn eigentlich gut?

Sie sorgt - wenn richtig gemacht - für eine homogene Durchmischung des Gemisches und damit für ein (deutlich) schnelleres Durchbrennen der Ladung (was auch durch die Bewegung während des Brennens erreicht wird). Damit erreicht man das, was man will: einen möglichst hohen und frühen Spitzendruck direkt nach OT (und damit eine bessere Leistungsausbeute) bei gleichzeitig möglichst wenig unnötiger Drucksteigerung vor OT. Also einen verbesserten Wirkungsgrad.

Zusätzlich möchte man (zumindest) nahe beim OT (wo's drauf ankommt) so wenig wie möglich Wärmeübertragung vom brennenden Gemisch (das soll sich gefälligst aufs Expandieren konzentrieren und so wenig wie nötig heizen, wir wollen ja keinen Ofen bauen) auf die Aussenwelt, versucht also, die Wärmeübergangsfläche so gering wie möglich zu halten. Idealerweise brennt also im Quetschspalt nach Möglichkeit nix.

Dummerweise (das weiss der Schwabe spätestens ab 40, bei den anderen weiss ich's nicht) gibt's nix auf der Welt umsonst. Quetschen (die Zylinderladung durch den Quetschspalt gegen den dort herrschenden Druck nach innen drücken) ist Arbeit (und zwar richtig).

Und Arbeit pro Zeiteinheit ist Leistung.

Mehr Leistung gibt's also nur, wenn die fürs Quetschen aufgewendete Leistung (nach Möglichkeit deutlich) geringer ist, als die durch die gesteigerte Effizienz gewonnene. Viel hilft also in dem Fall nicht unbedingt viel, das Optimum ist (wie so oft) ein Kompromiss.

Wie denn nun die Quetschkante liegt (eben oder unter einem bestimmten "magischen" Winkel) ist dabei eigentlich ziemlich unerheblich. Dass sie bei unseren Boxern am besten "schräg" liegt, liegt an der serienmässigen Form des Kolbenbodens. Der ist nun mal eine Kugelkappe und man kriegt die Quetschfläche mit möglichst wenig Spänen (und damit Schwächung des Kolbenbodens) am Kolben am besten als Tangente an diese Kappe hin.

Ein sich nach innen öffnender Quetschspalt ist übrigens (genauso wie eine zu stark gebrochene Kante am Kopf) kontraproduktiv. Beides reduziert die Geschwindigkeit, mit der die Ladung aus dem Quetschspalt gedrückt wird und damit die Geschwindigkeit, mit der das Gemisch "gerührt" wird. Zusätzlich riskiert man, dass die Flammfront in die Quetschkante "hineinbrennt". Optimal sind parallel verlaufende Quetschflächen (wenn's zu arg wird, macht man lieber die Quetschfläche etwas schmaler). Eine "gute" Quetschkante erkennt man (neben dem - hoffentlich - Zugewinn an Leistung) übrigens daran, dass man auf der Quetschfläche nur wenig Verbrennungsrückstände findet (weil da immer Wind geht und wenig Verbrennung stattfindet).

Was man mit Quetschen am besten wie erreichen kann ohne allzuviel eigenen Schrott zu produzieren, dazu gibt's Untersuchungen an Versuchsmotoren (wer Zugriff auf die "SAE Papers" hat: 852093 und 770217 sind z.B. recht gehaltvolle Kandidaten). Da kann man sehen, dass bei diesen Versuchen bei 30% Quetschfläche (bezogen auf die Kolbenfläche) das Optimum einer Verkürzung der Brenndauer um 50% (!) erreicht wurde. Das würde bei einem 94er Kolben einem Kreisring mit etwa 7,5 mm Breite entsprechen (die Versuche wurden allerdings mit relativ geringer Drehzahl gefahren, bei unseren Motoren wäre etwas schmaler deshalb wahrscheinlich besser).

Wer jetzt schliesst, dass eine "Quetschkantenverbesserung" ohne eine gleichzeitige Anpassung des Zündzeitpunkts eigentlich keine richtige sein kann, liegt nicht unbedingt falsch.

An modernen Motoren wird man übrigens keine oder nur sehr zurückhaltende Quetschkanten finden. Nicht weil das nix (mehr) taugt, sondern weil die (bei Erfolg) im Quetschspalt nicht (oder nur unter geringem Druck) stattfindende Verbrennung für zu hohe HC- und CO-Werte sorgt. Ist also nicht mehr zeitgemäss. Stattdessen versucht man, über geeignete Kanalgestaltung Verwirbelung ("tumble") hinzubekommen.
 
Lieber Markus
Das ist ja mal eine sehr informative kurze Zusammenfassung der Fakten. Vielen Dank!
Liebe Grüße
Zoltán
PS: Bei meinem Motor (R100R) wurde der Kopf bearbeitet, nicht der Kolbenboden. Der hat mit seiner gleichmäßigen Wölbung ja bereits eine ordentliche Form. Der Kopf hingegen hat sowieso eine Kante am Rand, die man nur ein bischen weiten muss.
 
60hotte schrieb:
PS: Bei meinem Motor (R100R) wurde der Kopf bearbeitet, nicht der Kolbenboden. Der hat mit seiner gleichmäßigen Wölbung ja bereits eine ordentliche Form. Der Kopf hingegen hat sowieso eine Kante am Rand, die man nur ein bischen weiten muss.
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Den Kolben nicht zu betrachten, ist m.E. suboptimal. "Richtig" geht's nicht, ohne beides anzufassen.

An den Kolben gehört eine Fase dran, die für einen möglichst parallelen Quetschspalt (Kopf <-> Kolben) sorgt. Sonst bekommst Du direkt über dem Feuersteg durch die Kugelkappenform einen - wenn auch kleinen - zusätzlichen Raum und das Gemisch im Quetschspalt weiss nicht, wo's hinsoll: links oder rechts.
 
Markus... super erklärt. ...mit fehlen immer die passenden Formulierungen....und Beiträge vom Schlage alpenblume sind manchmal stark "akademisch-versucht-unverständlich"....
...aber in deinem letzten post die Fase. ...die musst Du mir mal skizzieren...
 
Hallo Markus,

wenn ich das als Nicht-Techniker so lese, wird mir richtig warm ums Herz, weil ich zumindest das Gefühl habe, es zu verstehen. Vielen Dank!

Gruß Peter
 
Danke, Jungs. Ihr macht mich ganz verlegen ;)

Aber ich seh' schon, ohne Bildchen geht's nicht. Ich hoffe, damit versteht man's ein wenig besser:

Damit geht's los: blau: Kopf, weiß: Kolben. Das Original - die Quetschkante fehlt. Wir betrachten die Stelle direkt über dem Feuersteg im Querschnitt.

eins.png

bei einer ebenen Fläche geht (durch den Radius des Kolbens) entweder die Quetschkante nach innen auf (dann ist sie keine mehr) oder es entsteht ein Totraum direkt über dem Feuersteg (auch nicht gut):

vier.png
Also muß die Quetschkante entweder den selben Radius wie das Kolbendach bekommen (schwierig herzustellen und strömungstechnisch nicht unbedingt optimal):
zwei.png

Oder sowohl an den Kolben _und_ an den Kopf muss jeweils eine ebene (koplanare) Fläche:
drei.png
 
Zuletzt bearbeitet:
...aaaah, jetzt, jaaaa...

...das war mir als "sombrero" - kolben bekannt...

Aber die sind ja doch schon stark gerundet gewesen...
 
Hallo Markus,

m. unbescheidenen M. nach ist das Thema Quetschkante/-fläche nur der Modulbauweise von BMW geschuldet. Vielleicht auch bei anderen Herstellern.
Ein idealer Brennraum ist anders geformt. Erfordert aber bei jeder Hubraumänderung eine neue Gussform für den Zylinderkopf.
 
pejola schrieb:
Hallo Markus,

wenn ich das als Nicht-Techniker so lese, wird mir richtig warm ums Herz, weil ich zumindest das Gefühl habe, es zu verstehen. Vielen Dank!

Gruß Peter
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Dem kann ich nur zustimmen !

einer der besten Freds seit langem )(-:

Danke für die toller Erklärung

LG

Christof


Und wer kann einem so eine Quetschkante machen ?
 
Caferacer schrieb:
m. unbescheidenen M. nach ist das Thema Quetschkante/-fläche nur der Modulbauweise von BMW geschuldet. Vielleicht auch bei anderen Herstellern.
Ein idealer Brennraum ist anders geformt. Erfordert aber bei jeder Hubraumänderung eine neue Gussform für den Zylinderkopf.
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Möglich. Das Mehr an Bohrung führt zu einem deutlich unterquadratischen Hub-/Bohrungsverhältnis, das eigentlich nach Drehzahl schreit, während der antiquarische Ventiltrieb da nur wenig Spielraum hat. Da passen dann grosse Ventile rein und man hat eine ineffektive, vergleichsweise riesige Kolbenfläche. Da bleibt dann eigentlich nur noch die QK.

Völlig daneben ist das aber nicht: Die "Bibel" des Motorenbaus (nicht unbedingt der letzte Schrei, das meiste, was drinsteht, stand schon zu Zeiten meines Studiums drin) ist das "Handbuch Verbrennungsmotor". Bei den fünf Hauptkonstruktionszielen bzgl. Brennraumgestaltung ist (auch heute noch) die #3: "möglichst grosse Quetschfläche durch Kolbenüberdeckung bei gleichzeitig kleinster Dicke (erzeugt Turbulenz)".

Ich sehe das eher so, dass die ausgelieferte Quetschkante (aus welchen Gründen auch immer) eigentlich keine ist...
 
Lieber Markus,
bei meiner R100R sahen die Verhältnisse etwas anders aus als auf deinen Skizzen. Ich bin gerade im Urlaub und kann darum keine so schönen Bildchen animieren. Aber ich hab’s mal auf einem Notizzettel skizziert und versuch das jetzt fotomäßig und handytechnisch hier einzubauen:
Auf der ersten Skizze sieht man die Originalsituation: Der Kolbenboden ist gleichmäßig gewölbt und der Kopf hat am Rand eine in etwa waagerechte Stufe. Man sieht auch direkt, wo es da klemmt: Wenn der Kolben dem Kopf zu nahe kommt, dann wird das Gemisch nach AUSSEN gequetscht, wo es auf keinen Fall hin soll. Darum hat BMW so einen großen Kolbenrückstand gelassen, dass es eigentlich gar keine Quetschung gibt. Sonst würde es da mächtig klingeln, wenn sich das Gemisch ganz außen entzünden würde. (Den Kolbenrückstand habe ich in der Skizze nicht berücksichtigt!)
Auf der zweiten Skizze sieht man die Situation nach der Bearbeitung des Kopfes (und NUR des Kopfes!): Es gibt jetzt zwei nahezu parallel verlaufende Quetschflächen (öffnen sich gaaaaanz leicht nach innen, weil sich ja der Kolbenboden quasi nach innen wegbiegt), die das Gemisch schön in die Mitte des Brennraumes quetschen.
Bist du angesichts dieser Skizzen immer noch der Meinung, dass man unbedingt Kopf UND Kolben bearbeiten muss? Mir als Laien schien die seinerzeit vom Tuner vorgeschlagene Maßnahme ohne Bearbeitung des Kolbens sehr plausibel. Aber ich bin eben nur ein Amateur! Mit einer Rücknahme des Kolbenrückstandes und einigen weiteren Maßnahmen kamen dann auch 82PS auf dem Prüfsrand raus. Das ganze bereitet mir seit jetzt etwa fünf Jahren einen riesen Fahrspaß!
(Verdamt! In der Vorschau sehe ich, dass mein Foto verdreht ist. Ich krieg das aber mit dem Handy nicht gedreht, tut mir Leid.)
Ich bin gespannt auf deine Meinung!
liebe Grüße
Zoltán
 

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Lieber Markus,
ich habe eine Frage zu deinen Skizzen:
Auf deiner letzten Skizze (sozusagen mit bearbeitetem Kopf und bearbeitetem Kolbenboden erkennt man auf dem Kolbenboden eine Stufe. Da muss das Gemisch auf seinem Quetschweg zur Brennraummitte drüber weg.
Ist das nicht kontraproduktiv? Außen (quasi vor der Stufe) ist ja mehr Platz. Warum sollte sich das Gemisch durch den „engen“ Spalt an der Stufe Richtug Brennraummitte bewegen?
Liebe Grüße
Zoltán
 
Dein Bildchen ist doch o.k.

Sagen wir mal so: das ist jedenfalls besser als das Original und bezüglich der notwendigen Änderungen "minimalinvasiv".

Optimal ist es m.E. nicht. So kriegst Du die Zahnpastatube nicht leer.

[edit: Antwort auf die 2. Frage: da ist das Bildchen wahrscheinlich ein wenig irreführend (das hab' ich schnell hingeschlampert). Der Quetschspalt soll natürlich auch hier überall gleich breit sein]
 
Zuletzt bearbeitet:
Zahnpastarube ist nett!
Und minimalinvasiv stimmt absolut. Ich wollte seinerzeit für möglichst wenig Geld möglichst viel Leistung. Ich kenne keinen einzigen Über-80-PS-Umbau, der auch nur annähernd so billig wie meiner war und mit so vielen Serienteilen auskommt!
Natürlich geht auch mehr, aber das kostet eben sich....
Liebe Grüße
Zoltán
 
Hallo Markus,

mfro schrieb:
Damit geht's los: blau: Kopf, weiß: Kolben. Das Original - die Quetschkante fehlt. Wir betrachten die Stelle direkt über dem Feuersteg im Querschnitt.

Anhang anzeigen 194712
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in welchem Motor soll das denn original sein?
So sieht das vielleicht in etwa bei der R75 aus, bei allen größeren Motoren wurde die Kalotte nicht verändert und am Rand eine, je nach Typ unterschiedliche, Kontur ergänzt.
Bei der R90 wurde sogar einfach das, was vorher Dichtfläche war, zum Brennraum.

Beim letzten R100 Kopf ist ausgehend von einem 95er Durchmesser zunächst eine Stufe mit 1mm Tiefe, die in einen Konus mit 18° übergeht, der dann in einem Radius in die Kalotte überführt wird.

Nichts für ungut, aber das hat mit Deinen Skizzen nichts zu tun.

Gruß, Rudi
 
Rudi schrieb:
Nichts für ungut, aber das hat mit Deinen Skizzen nichts zu tun.
Zum Vergrößern anklicken....

Hallo Rudi,

das ist mir klar. Ich wollte hier keine Quetschkanten-Bauanleitung malen, sondern lediglich das Prinzip zeigen. Dass der Text dazu möglicherweise was anderes impliziert, ist mir nun auch aufgefallen:

"Ähnlichkeiten mit realen Quetschkanten sind rein zufällig und nicht beabsichtigt".
 
Sehr spannendes Thema hier!
Habe mal in meine Skizzen durch geblättert,so habe ich das bis jetzt immer gemacht.Das war ein R80 Kopf,7rock P-Kit. Kolben.
 

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    P1010535 v2 Quetschkante.jpg
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So ist das nach meinem Geschmack. Macht zwar auch um etwa 1/10 mm auf, aber ich denke, darauf kommt's nicht an.
 
Nein,nur anschließend nochmal geplant an der Stirnflächen der Köpfe zum Zylinder.Die Zylinder waren ja neu dabei bei den Satz.Gruß
 
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