SV650 aus dem letzten Jahrtausend

[R6-Pille]

Kann hier zwar auf diesem Level nicht mitreden aber die Erkenntnis, das es ohne "Habeck" besser läuft, stimme ich voll und ganz zu. Bin gespannt wie es nun weitergeht.

[Knubbler]

Teil 4

Dann bleiben wir doch bei der praktischen Umsetzung, mehr oder weniger
Wie ich versucht habe mit dem Isentropenexponent zu beschreiben, mehr Verdichtung kostet zwar zuerst mehr Kompressionsarbeit, aber das wird durch den größeren Output überkompensiert. Man würde also am liebsten zu jedem Zeitpunkt die Zylinderfüllung bis kurz vor Klopfen verdichten und dazu so viel Turbulenz im Gemisch haben, dass fast der Zündfunke wieder ausgeblasen wird. Das ist natürlich leichter gesagt als getan, die Bedingungen ändern sich mit Last und Drehzahl ziemlich stark.
Also mehr Verdichtung war nötig als die gemessenen 8,7:1 der Serie. Da hat ja jede Rennrad-Luftpumpe mehr Schmackes
Der flache Serien-Kolben musste einem CP Schmiedekolben mit erhöhtem Dom weichen, der schon einmal auf 12,5:1 verdichtet.





Wie gewohnt begann damit wieder die CAD Arbeit. Da der Zylinderkopf bereits 3D gescannt wurde, fehlte nur noch der Kolben, um an ein Modell vom Brennraum zu kommen. Das braucht man, um die Abstände der Ventile zum Kolben zu ermitteln, ob es bei der Nockenwellen Entwicklung knapp wird. In diesem Fall sollte auch die Form des Doms abgeändert werden, um mit der Verdichtung noch höher zu kommen. Denn wie beschrieben, der Miller-Zyklus füllt den Brennraum deutlich weniger und somit ist eine höhere Kompression möglich.



Es wurden verschiedene Varianten durchgespielt, mit möglichen Änderungen am Kolben, der dann entsprechend im Brennraum platziert wurde. Daraus wurde so eine Brennraum Kuchenscheibe als Differenz erzeugt, um das Volumen für die Verdichtung zu ermitteln. Was auch interessant ist, das ist das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen des Brennraums. Denn umso größer die Oberfläche, desto größer auch die Wärmeverluste, umso schlechter die Abgasemissionen und eben leider auch eine vergrößerte Klopfgefahr.



Dieser Brennraum ist durch den Dom auf dem Kolben aus dieser Sicht nur mittelmäßig durch eine vergrößerte Oberfläche, vor allem wenn man ihn mit heutigen Brennräumen vergleicht.
Man kann sich das folgendermaßen veranschaulichen. Stellen wir uns eine Wärmflasche mit einem Liter Wasser darin vor. Jetzt nimmt man einen Wasserballon mit auch einem Liter Inhalt und dieser hat natürlich eine weit kleinere Oberfläche mit seiner runden Form, als die Wärmflasche.
Das ist auch einer der Gründe, weshalb ich so einen "riesigen" Motor gewählt habe, der dann am Ende verschwindend wenig Leistung erzeugen sollte. Viel Volumen, weniger Oberfläche und langsame Drehzahl (Reibung).
Ihr habt Euch bestimmt schon die Frage gestellt, warum eine Maus so viel am Tag mit Futtern beschäftigt ist, während der Elefant am liebsten im Schatten am Wasserloch liegt und für seine Masse verhältnismäßig wenig Energie konsumieren muss? Sowas fragt sich doch jeder mal
Das ist am Ende der gleiche Grund, warum die effizientesten Motoren die gigantischen Schiffsmotoren sind, mit einem Einzelhubraum von bis zu 2000l. Es geht um die Wärmeverluste im Verhältnis der Oberfläche zum Volumen.
Je größer etwas wird, umso weiter driften diese Werte auseinander, denn Fläche wächst im Quadrat², aber das Volumen kubisch³. Und deshalb verliert die kleine Maus enorm viel Wärme nach Außen für ihr kleines Volumen und muss ständig Energie nachfüllen, während Dumbo eher schauen muss, dass er nicht überhitzt durch die verhältnismäßig kleine Oberfläche zum Volumen.
Zurück zur Umsetzung. Der Kolben wurde an den ebenen Flächen rund um den Dom um 1mm tiefer gesetzt, dass der Dom selbst entsprechend höher raus steht. Der Zylinder musste dann entsprechend auch gekürzt werden, sonst bringt es natürlich nichts. Die Ventiltaschen im Kolben, wo es dann knapp wurde, sind auch etwas tiefer gesetzt worden.



Und so sah das Ganze dann später aus, der Dom ragt in Richtung Zylinderkopf hinaus. Die fertige Verdichtung lag bei stolzen 14,2:1



---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Da wir schon über die neuen Kanäle gesprochen haben, sollten wir auch gleich über die Verlängerung davon reden, die zwei Einspritzbodies.
Hier der Grundgedanke. Der linke Kanal bekommt eine mechanische Drosselklappe der KTM RC125. Diese hat quasi das nötige Elektronikpaket im Schlepptau, denn neben der üblichen Einspritzdüse und dem Drosselklappenwinkel-Poti, hat sie noch einen Ansaugtemperatur- und Drucksensor, plus einen Leerlaufregler Schrittmotor verbaut. Alles in einem, was will man mehr?
Rechts für den Doppelkanal gibt es eine elektrische Bosch Drosselklappe aus dem PKW Bereich, die nach Modifikation dicht abschließt. Die Klappe bleibt im Miller Betrieb natürlich geschlossen und man bedient nur die mechanische KTM Klappe, weshalb alle Sensoren auch dort sein müssen.



Obwohl die 125er KTM nur 15PS hat, war die Drosselklappe immer noch deutlich zu groß. Da der Verlauf von Kanal aber eine große Wichtigkeit hat, konnte das so nicht bleiben. Was macht man da? Klar, man macht es passend.
Dieses Schweizer Käse Rohr verläuft innen konisch und wurde in den Drosselkörper eingesetzt, dazu passend eine kleinere Drosselklappe.



Nächster Punkt, die kleine KTM Einspritzung hat auch nur eine entsprechende Düse mit geringem Durchfluss. Das ist auch gut so, denn eine große Einspritzdüse lässt sich schlecht regeln bei geringen Lasten. Abgefragte Leistung und Durchfluss sollten immer einigermaßen zusammenpassen, deswegen gibt es auch in der Serie oft Mini Düsen und oben eine große Shower Einspritzdüse für Vollgas. Aber die elektrische Bosch Klappe hat keine Düse, die sitzt beim Auto weiter hinten. Also brauchte es eine zusätzliche Düse und die wurde kurzerhand in das Gehäuse eingesetzt und auf die Einlassventile ausgerichtet. Es ist eine 12 Loch Düse, die in der aktuellen Yamaha R9 eingesetzt wird.



Hier beide Klappen in Position auf den Kopf geschraubt. Ist eine knappe Sache, aber es funktioniert.



Und so sieht das Ganze am Motor verbaut aus. Beide Einspritzbodies sind über einen Kunststoff-Übergang getrennt von dem Zylinderkopf, um die Wärme nicht übertragen zu bekommen.



Als letztes Kapitel vom Motor Aufbau kommt noch die Nockenwelle, mein Lieblings Thema

[Knubbler]

Teil 5

So Freunde der Sonne weiter geht's,

Heute mit ein wenig 'out of the box thinking', damit es nicht langweilig wird.
Wie angekündigt kommt jetzt endlich die Nockenwelle unter die Lupe. Als ich in der Jugend zum ersten Mal gelesen hab, was eine Nocke im Detail macht und welcher Rattenschwanz da hinten dran hängt in der Auslegung, da dachte ich mir: Wie soll ich das jemals alles verstehen? Aber inzwischen geht es dann doch einigermaßen gut mit dem Verständnis, ist definitiv mein Lieblingsthema geworden
Problemstellung hier, die neuen Steuerzeiten unterscheiden sich so gravierend, da kann man die Seriennockenwelle nicht als Basis nehmen und abändern, es brauchte also etwas komplett Neues. Das ist an sich kein Problem, ich habe 2019 schon mal einen Satz Nockenwellen aus dem Vollen nach Excel-Daten schleifen lassen, das klappt wunderbar. Aber erstens ist das ziemlich teuer und man kann daran später kaum noch etwas daran ändern. Das ist für so einen Versuchsmotor jetzt nicht die erste Wahl, da muss es doch etwas Besseres geben?
Die großen OEM's gehen oft einen etwas anderen Weg, da werden vorgefertigte Nocken auf eine Art Rohr gepresst, sogenannte gebaute Nocken. Das ist schon eher die richtige Richtung, aber eben nicht veränderbar. Also wurde eine variable Nockenwelle konzipiert, auf der man die einzelnen Nocken austauschen und extern fertigen kann, das übliche Profil-Schleifen auf der Welle entfällt.
Die Nockenprofile selbst mussten aber erst einmal entwickelt werden und das ist bei einem Zylinderkopf mit gekrümmten Kipphebeln weitaus komplexer als bei Tassenstösseln. Der regelmäßige Leser weiß schon was jetzt folgt, da kommt er wieder mit seinem CAD/3D-Scan daher
Als Erstes mussten die Maße und Beziehungen des Ventiltriebs genau ermittelt werden. Dafür eignet sich der 3D Scan vom Kopf ohne Seitenwände gut, um zB. die Positionen und Winkel der Ventile zu vermessen.



Allerdings hat die Genauigkeit da ein schnelles Ende. Klar, wenn da steht, das Ventil hat einen Winkel von 18,09° zur Dichtfläche, dann kann man davon ausgehen, es wurde von Yamaha mit 18,0° gebohrt. Bei dem Kipphebel und der Geometrie der gekrümmten Abnehmerfläche, ist allerdings eine größere Genauigkeit gewünscht. Möglicherweise steckt da ja eine komplexe Funktion in der Abnehmerfläche und auf welchen Drehpunkt im Raum bezieht sie sich denn?
An der Stelle ein herzliches Danke an die Leute von Isar Aerospace, die mir die Kipphebel in einer optischen Messmaschine vermessen haben, für die man sich auch ein paar neue Panigale kaufen könnte. Absolut faszinierendes Firmenkonzept, Hut ab was die leisten!
Innerhalb von weniger Jahren wurde aus ein paar Münchener Studenten eine Firma mit Hunderten Leuten, welche jetzt eine fertig entwickelte Rakete für den Sateliten-Transport abheben lassen. Besonderheit ist die Möglichkeit zur mehrfachen Zündung des Triebwerks im Orbit.
Kollege Habeck und Söder war letztens auch dort, haben sich aber keine Teile vermessen lassen



Yamaha hat es sich da aber doch ganz einfach gemacht. Der gekrümmte Abnehmer zur Nocken ist einfach nur ein Kuchenstück eines Kreises, der seinen Ursprung 28mm von der Kippachse hat. Ob die 0,024mm jetzt eine "Ungenauigkeit" der Fertigung oder der Messmaschine sind, ist geschenkt. Auf diese Genauigkeit überhaupt oder den exakten Radius/Drehpunkt des Abnehmers, wäre ich selbst nicht so leicht gekommen.
Mit allen Maßen konnte dann ein funktionierendes CAD Model des Ventiltriebes erstellt werden. Hier einmal in schön und darunter mit Bemaßung in unübersichtlich, dafür jedoch mit Funktion.



Aber nur weil man im Rechner ein paar bunte Linien vor sich hat, kann man sich ja noch nicht sicher sein, dass es auch wirklich der Wirklichkeit entspricht.
Um das Modell zu verifizieren, kann man mit dem arbeiten, was man sowieso schon hat, die 3D Daten. Die Form der originalen Nocke, wieder als Scan und die gemessenen Steuerzeiten an den Ventilen. Die Beziehung dazwischen, muss genau durch das CAD Modell richtig dargestellt werden, wenn alles stimmt.





Dazu wurden die Ventile im Modell anhand des Steuerzeiten-Diagramms als Parameter verfahren und dadurch eine Nockenwellenform über den Abnehmer gezeichnet. Das Ergebnis konnte dann über die gescannte Form der echten Nocken gelegt werden und wie man sieht, das passt mal richtig gut, zwei Linien decken sich als wäre es eine



Dann ging es an die Entwicklung der Nocken selbst. Wirklich interessant ist da vorallem die Miller Nocke durch ihre hohen mechanischen Anforderungen. Wie der Strömungsversuch gezeigt hat, die Öffnung des Einlassventils vom Miller Kanal macht Sinn bis zur Höhe von 7mm. Das ist fast so viel wie der originale Einlass Hub, allerdings in deutlich kürzerer Zeit. Hier der Vergleich.
Der Miller Zyklus schließt hier bereits 38° (1mm) bevor der Kolben unten angekommen ist. Während die Serie dafür 78° länger Zeit hat.



Das bedeutet, es müssen weit höhere Beschleunigungen angewendet werden, was sich auch in deutlich größeren Kräften auswirkt. Das Ventil erreicht eine höhere Geschwindigkeit und wandert deshalb auf dem Abnehmer mehr nach Außen, es braucht quasi einen größeren Hebel um schneller zu Öffnen. Man bewegt sich also weit enger an den machbaren Grenzen, als die Serie. Auf dieser physikalischen Ebene werden die Nocken entwickelt, dargestellt in diesem Diagramm.
In Schwarz sieht man den Hub der Nockenwelle über ihren Drehwinkel, das ist im Prinzip etwa wie eine Uhr ablesen. Aus der Ortskurve kann man die Geschwindigkeit ableiten, bei einer Uhr ist das bekanntlich ein Schritt pro Sekunde. Und nochmal abgeleitet, kommt man zur Beschleunigung. Bei der normalen Zeiger-TickTack-Uhr ist einmal schnelle Beschleunigung, dann genauso schnelle Verzögerung und schließlich passiert eine knappe Sekunde nichts, also ähnlich wie bei der Drehung der Nockenwelle. Die Geschwindigkeit beschäftigt uns erst im nächsten Schritt, jetzt schauen wir uns die Beschleunigung an. Denn um eine Masse zu beschleunigen, da braucht es eine Kraft und die kann zum Problem werden. Man sieht gestrichelt die Ventilfeder, welche mit einem kleinen Puffer die höchste Drehzahl daran hindert, das Ventil abheben zu lassen. Um das in Zahlen einzuordnen, die Ventilfeder muss in diesem Fall doppelt so stark sein, wie für gewöhnliche Nockenprofile. Das erzeugt im Betrieb zwar einen Tick mehr innere Reibung, ist aber vernachlässigbar. Problematisch ist eher der Druck auf die Oberfläche der Nocke durch die Federkraft. Metall ist in einem gewissen Bereich elastisch bei Krafteinwirkung und dann tritt plastische Verformung oder gar Versagen ein, das wollen wir natürlich nicht.



Das CAD Modell ist inzwischen in ein Rechenmodell überführt worden. Hier sieht man die Auswirkung der Geschwindigkeit des Nockenprofils, also wie schnell sich der Ort des Ventils ändert. Man sieht eine Ein- und Auslass Nocke und oben drauf die gekrümmten Abnehmer der Kipphebel. Die blauen Striche sind Berührungslinien bei der Umdrehung der Nocken, quasi ein Abdruck einer Umdrehung. Man möchte natürlich nicht, dass man die Abnehmerfläche verlässt, da sonst die Nocke auf der Kante läuft, Schaden nimmt und das Ventil undefiniert schnell aufgeschlagen wird.



Nach diesem Prinzip konnte auch der Auslass und normal Einlass vom Doppel Kipphebel entwickelt werden. Die geringe Ventilüberschneidung ist allerdings auf den Miller Zyklus ausgerichtet. Durch Ausnutzung der Möglichkeiten konnte auch richtig satt an Hub gewonnen werden, im Vergleich von Serien 7,6mm Einlass zu 11mm und das bei auch noch höherer Drehzahl als Serienmäßig. Zauberei



Kommen wir allerdings zum ersten großen Problem. Hier sieht man die fertige Form der Miller Nocke im Vergleich zu der normalen Einlassform. Durch den relativ hohen Miller-Hub von 7mm auf die extrem kurzen Steuerzeiten entsteht ein fast schon scharfe Kante auf dem Nockenprofil. Der Krümmungsradius liegt nur noch bei 0,2mm. Diese Form ist nicht anwendbar, da gehen Nocke selbst und der Abnehmer in kürzester Zeit kaputt.
Man könnte jetzt zwar den Hub senken, die angestrebten Miller Steuerzeiten verlängern, die Ventilfederkraft senken und Drehzahl niedriger begrenzen. Aber warum das Projekt dann überhaupt noch weiter verfolgen?
Ah ja stimmt, da war ja eine feste Deadline. Aufgeben gibt's nicht! Eine Lösung musste her, ich wollte nicht übers Scheitern schreiben müssen. Ja, auch das ist zulässig, wäre aber eher eine Strafe für mich..



Die Abnehmer der Kipphebel war damals gerne mit Hartchrom beschichtet. Gute Gleiteigenschaften und bringt eben die nötige Härte für die geforderte Flächenpressung. Wie man hier an einem gebrauchten Serien-Kipphebel sieht, bei Überlastung oder schlechter Schmierung ist die Schicht sofort kaputt. Eine bekannte Schwachstelle dieser Motoren, es musste also eine technisch saubere Lösung gefunden werden.



Einige durch gegrübelte Nächte später kam der Geistesblitz. Da ist ja auch Platz auf der Nocke in die genau andere Richtung. Umso größer eine Nockenform wird, bei selben Steuerzeiten, umso rundlicher wird sie logischerweise. Also wurde das selbe Profil mit einem deutlich größeren Grundkreis durch gerechnet und siehe da, es geht ohne Überlastung!
Dafür steht der Kipphebel immer in einer "höheren" Position, das Einlassventil wäre also immer offen. Deshalb wurde der Ventilschaft oben um 3mm abgeschnitten und hat eine neue Rille für die Ventilteller Keile bekommen. Unkonventionell, alles auf Kante genäht, aber es funktioniert.



Mit dieser Lösung konnten dann endlich die fertigen Profile entwickelt werden. Die Nocken wurden dann auf eine Welle im CAD positioniert, aus der dann später die variable Nockenwelle wurde.



Dann ging es an die Fertigung der Nockenscheiben. Es wurde ein Werkzeugstahl gewählt, welcher sich gut härten lässt und schöne Laufeigenschaften bietet. Da die Nocken für die Montage absolut plan sein mussten, wurde plangeschliffenes Rohmaterial verwendet und mittels CNC Drahterodieren die berechneten Formen im Mikrometer Bereich genau übertragen. Auch die innere Passung zur Welle und der Passfeder zur Positionierung wurden in einem Arbeitsgang mit erodiert. Geschnitten wird durch einen Messingdraht, der durch Funkenüberschlag das Material abträgt.





So konnten die Nocken ohne große Nacharbeit direkt weiter zum Gasnitrieren, um die notwendige Härte an der Oberfläche zu erlangen.
Keine Zeit verlieren war die Devise, also direkt weiter zur Herstellung der Nocken-Trägerwelle. Diese wurde aus dem Vollen raus gearbeitet. Die volle Strafarbeit für mich sowas Stupides, ich brauch wohl mal eine CNC Drehbank



Die variable Welle hat dann einige Nuten für die Positionierung der Nocken bekommen und wurde auf einer Spitzenschleifmaschine auf Passung bearbeitet. Im Anschluss wurde sie auch gehärtet wegen der Gleitlagerstelle.



Die variable Nockenwelle wird von vorne bis hinten durch eine Schraube verspannt, damit es die Passfedern der Positionierung nicht abschert. Somit war aber der natürliche Weg der Ölschmierung innerhalb der Nocke durch den Schraubenschaft behindert und darauf konnte man sich nicht mehr verlassen. Vorallem wegen der kritischen Schmierung der Kipper Flächen bei dieser hohen Belastung. Deshalb wurde auch hier ein ungewöhnlicher Weg beschritten und die Schmierung nach außen in die Lagerstellen gelegt. Damit man nicht vergisst, welche Ölfarbe man gerade fährt, natürlich mit durchsichtigem Schlauch
Da die neue Versuchsnockenwelle keine Dekompressions Einheit mit Fliehkraftmechanismus hat, die Verdichtung aber recht heftig ist, macht das Anlassen von dem Motor wirklich wenig Spaß. Die LKW Batterie am Prüfstand würde das nicht stören, aber der Anlasser selbst pfeift auf dem letzten Loch. Daher gab es kurzerhand auf ein Auslassventil diesen manuellen Deko-Knopf zum Anlassen, easy fix.



Hier noch der direkte Vergleich der Seriennockenwelle zu der variablen Welle vor der Bestückung.



Und das ist das fertige Endergebnis, sieht recht unspektakulär aus. Durch das geringe Lagerspiel im Kopf muss jedes Teil ziemlich genau gearbeitet sein, um entsprechend zu funktionieren. Hätte zB. das Mittellager einige Hundertstel Spiel, würde sich die Nocke im eingebauten Zustand nicht mehr drehen lassen.



So der Motoraufbau im Groben ist jetzt durch, dann geht es langsam in Richtung Motorenprüfstand. Bleibt dran.

[doctorvoll]

…..Saugut! Was ein Aufriss!!! Vielen Dank & weiter so!

[saflo]

[R6-Pille]

Kleine Randbemerkung an dieser Stelle auf "Normal Niveau":

Der Einbau von speziellen Nocken für "4" Extra PS in der Spitze geht oft nur in Kombination mit härteren Ventilfedern.
Das führt zu einer höheren Belastung des Ventiltriebs was die Kontrollintervalle des Ventilspiels verkürzt.

Das sollte man immer neben Kosten und Abstimmung vor Augen haben, wenn man aus "205 - 209" PS Spitzenleistung machen will.

Ansonsten freue ich mich schon auf die finale Leistungskurve der Masterarbeit.

[Knubbler]

Was ein Aufriss!!!

Das kannst Du laut sagen
Hatte aber den großen Vorteil, dass ich nach dem die Masterarbeit abgegeben war, direkt andere Nocken einbauen und endlich mit dem Motor spielen konnte.
Beziehungsweise jetzt immer noch weiter Testen kann. Hab mir in der Arbeit eine 4-Tage Woche geholt, damit ich mindestens einen Tag an dem Motor weitermachen kann. Kann mir keiner vorwerfen, ich mach das Halbherzig

Hier noch eine Impression von dem Unterschied der Nocken. Der linke Miller Kipphebel steht deutlich steiler, als der Otto Doppel-Hebel rechts.

[scm]

Wirklich ein ganz toller Bericht den du hier ablieferst!

[MadMike323]

Vielen Dank!
Bitte immer weiter machen!

[Knubbler]

Teil 6

Und weiter geht es hier. Heute geht es um den Aufbau am Motorprüfstand.
So sah das fertige Triebwerk aus. Nicht gerade schön, aber definitiv selten



Man sieht schon die ersten Überlegungen zur Kühlung am Prüfstand. Dafür wurde kurzerhand ein SV650 Thermostat aus der Schublade gezogen und eine Zylinder-Seite verschlossen. Das Thermostat schafft erstens die Möglichkeit für einen kurzen Wasserkreislauf, um den Motor schnell warm zu bekommen und damit den Verschleiß zu senken. Wie schon einmal erwähnt, haben Tests von OEM'S ergeben, dass bis zu 90% des Verschleißes in einem normalen Motorleben, in der Warmlaufphase stattfindet. Einem abreißenden Pleuel kann man so natürlich nicht vorbeugen, aber das hat ja auch andere Ursachen.
Vorallem soll das Thermostat seine Regelfunktion der Temperatur zum Einsatz bringen, da es ab einer bestimmten Temperatur öffnet und linear bis zum Maximum mehr Querschnitt freigibt. Das Thermostat/Kühlsystem muss natürlich richtig ausgelegt sein, damit es den Motor in einem definierten Fenster halten kann und nicht den Durchfluss behindert. Das Problem einer möglichen Überhitzung hat man jedoch am Motorprüfstand nicht, dort kann die Wasserkühlung auch ein 1000PS Triebwerk auf 10°C runterkühlen und könnte somit dem Motor sogar schaden. Mit dem Thermostat stellt man daher seine gewünschte Betriebstemperatur ein, ähnlich wie im echten Fahrzeug. Ohne Thermostat fahren ist nicht der richtige Weg.

Und hier sieht man den Motorprüfstand im Rohzustand. Es ist eine von mehreren Hallen mit doppeltem Boden, wo viel der Technik 2m tief darunter verbaut ist. Der Prüfstand selbst steht auf einem Betonfundament mit universellen Schienen, auf denen bereits von LKW Motoren bis Schiffs Außenborder mit Wasserbecken so einiges befestigt war.
Die Funktion vom Prüfstand selbst ist denkbar einfach, die grüne Wirbelstrombremse ist genauso wassergekühlt und kann auf Drehmoment oder Drehzahl geregelt werden und misst die echt abgegebene Leistung am Getriebeausgang. Dazu noch der Vorteil, dass die einzelnen Messgrößen wirklich kalibriert werden können, dazu mehr im nächsten Teil.
Ein normaler Rollenprüfstand kann das nicht und misst Leistung quasi indirekt. Die Rolle hat ein bekanntes Massenträgheitsmoment und somit reicht es, die Zeit der Winkelgeschwindigkeits-Änderung zu messen. Auf diese Weise bekommt man das Drehmoment und hat auch die Drehzahl -> das Produkt ist Leistung. Allerdings ist die Trägheit des Antriebsstrangs vom Motorrad selbst eine Unbekannte. Und so ist es leicht zu verstehen, dass die Leistungsmessung einer zierlichen 125er und einer fetten 100-cubic-inch Harley auf so einem Rollenprüfstand, in unterschiedlichen Richtungen falsch gemessen werden. Das Ergebnis wird umso mehr verfälscht, umso kleiner die Rolle ist, da dann die Unbekannte im Verhältnis größer wird. Eine Rolle vom Dynojet 250i hat beispielsweise ein 26x größeres Massenträgheitsmoment, als der Traktal Prüfstand, den man in Bingen angeboten bekommt.
Dann kommt noch eine Eigenheit des Menschen hinzu. Denn mal ehrlich, wie viele Leute wollen am Prüfstand wirklich bescheinigt bekommen, dass ihr teures Schätzchen doch 5% unter der angegebenen Herstellerleistung liegt? Kommt derjenige mit einem anderen Fahrzeug dann wieder oder empfiehlt er Freunden für eine Enttäuschung dort auch hinzufahren? Wohl eher nicht.
Ich persönlich fahre auf einen Prüfstand, der von Dynojet Technikern extra vor Ort kalibriert wurde. Auch wenn ich das nicht selbst überprüfen kann, sind die Ergebnisse dort erfreulich niedrig/realistisch. Stellt man die gleichen Fahrzeuge dann ohne Änderung auf andere Prüfstände, habe ich schon ein Leistungsplus von 5-20% erlebt. Scheint wohl bessere Luft dort zum Ansaugen zu geben, oder?
Nichtsdestotrotz sind Rollenprüfstände eine tolle Sache, da sie eine sehr hohe Genauigkeit in der Wiederholungs Genauigkeit haben. Es bietet sich also an vor einer Änderung zu einem Prüfstand zu fahren und danach wieder zum Gleichen, am besten unter ähnlichen Bedingungen. Dann sieht man einen realistischen, prozentualen Wert als Veränderung. Die absoluten Werte sind idR. nicht Vergleichbar zu anderen Prüfständen, also Vorsicht.



Die große Frage war, wie bekommt man den Motor dort in die richtige Position zur Bremse und mit welcher Verbindung?
Klar könnte jetzt Einer den schweren Motor hochheben und der Andere mit dem Meterstab im Raum messen. Aber es musste ja schnell und präzise sein. Sprich die Arbeit wird wieder im CAD geleistet.
Die Außenkontur des Motors wurde mittels Weißlicht-Projektion erfasst, um die Haltepunkte und den Getriebeausgang dreidimensional zu bekommen. Leider konnte immer nur die Größe einer Postkarte erfasst werden, was es entsprechend aufwendig gemacht hat, den Motor aus allen Richtungen zu erfassen. Die Datenmenge zu verarbeiten ging mit dem heimischen PC auch nicht mehr, aber wofür hat man die leistungsstarken Rechner in der Arbeit?
Das Ergebnis kann sich sehen lassen, es sind auch sehr viele Details erfasst, obwohl es garnicht nötig war in die letzten Ecken zu schauen.





Mit diesem Modell wurde der Motor im Raum des Prüfstandes ausgerichtet und es konnte ein passendes Grundgestell und ein Flansch für den Getriebeausgang konstruiert werden. Das CAD hat das ziemlich vereinfacht und vorallem beschleunigt.



Dann musste nur noch das Material besorgt werden und schon konnte es losgehen. Der Flansch besteht aus einer Scheibe mit Zentrierbund, einem Rohr und dem inneren Teil eines Yamaha Ritzels. Das Teil musste ziemlich gut rund laufen, deshalb erfolgte die finale Bearbeitung erst nach dem Schweißen.



Das Untergestell ist recht simpel. Die Einzelteilmaße kann man sich aus dem CAD Modell herausholen und dann mit dem Heften alles an den echten Motor anpassen, so konnte das Gestell dann direkt fertig geschweißt werden. Lacht nur über den Schweißtisch, so konnte die Kohle für den Grillabend gleich mit angezündet werden



Da war auch schon der große Moment gekommen. Passt alles wie geplant zusammen?
Ja tut es. Der Motor sitzt im Gestell und das steht auf vier Gummipuffern, um die Vibrationen zu dämpfen. Trotz der Ausgleichswelle bleiben ja immer noch die freien Massenkräfte der zweiten Ordnung übrig, also die mit doppelter Kurbelwellendrehzahl laufen. Vorallem Flatplane Reihenvierzylinder haben da heutzutage massive Probleme damit mit den hohen Drehzahlen. Einen Reihen Sechszylinder könnte man zum Beispiel ohne Probleme fest an einem Prüfstand verschrauben, da der vollkommen ausgeglichen ist, bezüglich freien Massenkräften und Momenten.



Die Achse des Getriebeausgangs sollte ziemlich genau fluchten mit der Wirbelstrombremse. Nicht weil ein Grad Schiefstellung da groß etwas verfälschen würde, sondern weil die Verbindungswelle aus diesen Elastomer-Dämpfern besteht. Diese würden sich bei längeren Tests sonst so weit aufheizen, bis es sie zerreißt, was auch schon mehrfach passiert ist. Deshalb auch die grüne Einhausung davon zum Schutz der Umwelt.
Man schnappt sich also zwei Messuhren zu Hilfe und misst Rundlauf und die vertikale Ebene. Zum Einstellen hat man diese riesigen Gewindefüße der Platte mit den 90mm Muttern, an denen man nur in homöopathischen Winkeln drehen darf. Da geht schnell mal ein halber Tag drauf, bis das alles passt.



Kommen wir also erneut zurück zur Kühlung. Wie schon beschrieben, ist die Prüfstandkühlung konstant bei 10°C und die kriegt man auch warm mit einem Motor. Das macht das Thermostat notwendig. Simples Bauteil und funktioniert super. Aber leider gibt es für das Öl bei den Yamaha Motoren keine aktive Form von Kühlung. Im Fahrzeug gibt es einen externen Öltank wegen des Trockensumpfes, dort kann das Öl zwischengelagert werden und etwas Temperatur abgeben. Aber es wird nicht daran gehindert, zu heiß zu werden und das belastet das Öl und beschleunigt die Alterung. Schmierung ist im Ventiltrieb hier ja ziemlich wichtig und damit auch der Zustand vom Schmierstoff bzw. bei zu großer Hitze reißt der Schmierfilm auch so. Deshalb wurde das Öl durch einen Wärmetauscher geschickt, bevor es zurück zum Öltank geht. Das Kühlwasser und Öl sind daher gezwungenermaßen im ähnlichen Temperatur-Bereich und man muss sich nicht extra um aktive Kühlung kümmern.



Und jetzt die Quizfrage, wie betreibt man so einen Motor überhaupt da im Labor? Anlasser drücken geht noch serienmäßig, aber wie kommt denn der Sprit und der Zündfunke zum rechten Zeitpunkt? Im Fahrzeug erledigen diesen Job die Vergaser und eine simple Kondensator-Zündung.
Die Lösung kennt ihr tatsächlich schon, die voll programmierbare Megasquirt V3x Motorsteuerung. Bereits benutzt beim Rasenmäher Projekt, wer Lust hat da nochmal durch zu blättern.
Die MS3x kam auf Brett mit ein paar Relais und Sicherungen. Dazu einen Zündverstärker, einen Lambdasonden-Controller und eine Klopfsensor-Auswertung. Musste nicht gut aussehen, nur funktionieren



Aber leider kommt man für so eine Anwendung nicht weit, bei der es aufs Grad der Zündung genau ankommt und auch die Position der Einspitzzeit bei Bedarf verschoben wird. Das normale Polrad hat aber nur drei Signale pro Umdrehung. Es brauchte also ein paar mehr Zähne auf dem Polrad, was bei der Drehunförmigkeit von so einem Einzylinder problematisch wäre, aber Material drauf kriegen´wird da schwierig. Also wurden die neuen Signalgeber einfach nach innen gefräst, alle 10° ein Schlitz, den Rest interpoliert die Steuerung selbst.



Und so kommen wir endlich zum betriebsfertigen Zustand. Der Luftfilterkasten ist der originale. Rechts neben dem Motor steht der Öltank der Yamaha SZR 660. Und auch hier ganz klar wieder 'form follows function', für Spielereien blieb keine Zeit.



Während der Motor läuft, möchte man nicht wirklich in der Nähe sein, nicht nur wegen dem Lärm. Wenn er ein paar Sekundenbruchteile zu lange vor sich hin klopft, dann kann der Motor buchstäblich in die Luft fliegen. Deshalb sitzt man eins weiter im Kontrollraum hinter einer Panzerglasscheibe. Man hat mehrere Rechner für verschiedene Dinge, wie zB Datenerfassung und mehrere Bedienkonsolen wie die Bremsensteuerung. Gas gegeben wird über einen langen Seilzug, der bis zur Einspritzung reicht, dafür ist rechts am Tisch ein Schieber wie im Flugzeug angebracht. Wie weit man die Klappe öffnet, sieht man dann direkt in der MS3x Steuerung.



Damit haben wir den gesamten Aufbau im Kasten und kommen endlich zum Kern, dem Beginn vom Versuch selbst